E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
Критические значения (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
Решение
отвергнуть H0, если χ² > χ²crit
2Тренировочные задачи
1.Нормальное распределениеСредняя
Пусть значения роста взрослых мужчин распределены нормально со средним 178 cm и стандартным отклонением 7 cm. Какая доля значений лежит между 174,5 и 190,95 cm? Дайте P в виде десятичной дроби.
μ = 178σ = 7x1 = 174,5x2 = 190,95
P =
2.Нормальное распределениеСложная
Диаметры отверстий D нормально распределены со средним 25,02 mm и стандартным отклонением 0,01 mm. Диаметры валов d независимы и нормально распределены со средним 25 mm и стандартным отклонением 0,01 mm. Случайно выбранный вал подходит, если D − d > 0. Найдите вероятность P того, что он подходит. Округлите z до двух знаков после запятой.
отверстие: μ = 25,02 mm, σ = 0,01 mmвал: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =
3.Доверительные интервалыСредняя
Сравнивается время работы аккумулятора двух моделей телефонов. Модель 1: 50 телефонов, среднее 62 h, известное стандартное отклонение 14 h. Модель 2: 50 телефонов, среднее 58 h, известное стандартное отклонение 9 h. Найдите верхнюю границу 95 % доверительного интервала для μ₁ − μ₂.
Диаметры 16 обработанных валов имеют выборочное стандартное отклонение 8,4 µm. Считая диаметры нормально распределёнными, найдите границу 95 % доверительного интервала для стандартного отклонения генеральной совокупности — нижняя граница σ. При df = 15 2,5 % распределения χ² лежит ниже 6,262 и 2,5 % — выше 27,488.
n = 16s = 8,4 µmχ² = 6,262, 27,488
σ = µm
5.Проверка гипотез и доверительные интервалыСредняя
Выборка из 25 студентов имеет средний балл 104,8 и выборочное стандартное отклонение 20. Найдите статистику критерия t для H₀: μ = 100.
μ₀ = 100x̄ = 104,8s = 20n = 25
t =
6.Проверка гипотез и доверительные интервалыСложная
Выборка из 49 измерений имеет среднее 500,7. Стандартное отклонение генеральной совокупности — 10. Найдите нижнюю границу L 99 % доверительного интервала для среднего.
x̄ = 500,7σ = 10n = 4999%
L =
7.Линейная регрессия и корреляцияСредняя
В таблице даны 5 пар наблюдений x = температура в °C и y = продано мороженого. Даны их суммы. Найдите по этим суммам коэффициент корреляции Пирсона r.
В таблице даны 6 пар наблюдений x = возраст автомобиля в годах и y = цена в k€. Используйте прямую наименьших квадратов ŷ = a + b·x. Получено новое наблюдение (2,5, 22). Найдите его остаток e = y − ŷ.
n = 6(2,5, 22)
e =
9.Критерии хи-квадратСредняя
Таблица сопряжённости содержит наблюдаемые частоты. Вычислите статистику хи-квадрат χ² для проверки независимости переменных строк и столбцов. Поправку на непрерывность не применяйте.
N = 2002 × 2
χ² =
10.Критерии хи-квадратСложная
Критерий независимости хи-квадрат применяется к таблице сопряжённости с 3 строками и 3 столбцами (не считая итогов). По таблице найдите критическое значение χ²crit при уровне значимости α = 0,01.
α = 0,01
χ²crit =
3Растворы
1.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,6593
Нормальное распределение: переведите значение x в z-оценку z = (x − μ)/σ, которая показывает, на сколько стандартных отклонений значение отстоит от среднего. Таблица z (или Φ(z)) даёт площадь слева от z, то есть P(X < x). Площадь справа равна 1 − Φ(z), а площадь между двумя значениями — разности их площадей слева.
z-оценки
z₁ = (174,5 − 178)/7 = −0,5
z₂ = (190,95 − 178)/7 = 1,85
Площадь между
P = Φ(1,85) − Φ(−0,5) = 0,9678 − 0,3085 = 0,6593
Ответ
P = 0,6593
2.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,9207
Суммы и разности нормальных величин: если X и Y независимы и нормальны, то X + Y и X − Y тоже нормальны. Средние складываются или вычитаются: E(X ± Y) = μX ± μY. Дисперсии всегда складываются, в том числе для разности: Var(X ± Y) = σX² + σY², поэтому σ = √(σX² + σY²). Стандартные отклонения напрямую никогда не складываются. Сумма n независимых элементов с одинаковым распределением имеет среднее n·μ и стандартное отклонение σ·√n. Затем стандартизируйте как обычно: z = (x − среднее)/σ и найдите Φ(z).
Распределение разности
μ = 25,02 − 25 = 0,02 mm, σ = 0,01414 mm
Стандартизуйте
z = (0 − 0,02)/0,01414 = −1,41
Вероятность
P = 1 − Φ(−1,41) = 0,9207
Ответ
P = 0,9207
3.Доверительные интервалы
Ответ: верхняя граница = 8,613 h
Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.
Точечная оценка
x̄₁ − x̄₂ = 62 − 58 = 4
Стандартная ошибка
SE = √(14²/50 + 9²/50) = 2,354
Предельная ошибка
E = 1,96·2,354 = 4,613
Интервал
4 ± 4,613 → [−0,6133, 8,613]
Ответ
верхняя граница = 8,613 h
Интервал содержит 0, поэтому данные не показывают значимого различия.
4.Доверительные интервалы
Ответ: σ = 6,205 µm
Интервал для дисперсии: (n − 1)s²/σ² имеет распределение χ² с n − 1 степенями свободы. 95 % интервал для σ² простирается от (n − 1)s², делённого на верхнее значение χ² (выше него 2,5 %), до (n − 1)s², делённого на нижнее значение χ² (ниже него 2,5 %); интервал для σ получают извлечением квадратного корня из обеих границ. Он несимметричен относительно s.
Сумма квадратов
(n − 1)s² = 15·8,4² = 1058
Границы для σ²
1058/27,488 = 38,5
1058/6,262 = 169
Граница для σ
σ = √38,5 = 6,205 µm
Ответ
σ = 6,205 µm
95 % интервал для σ: [6,205, 13] µm.
5.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: t = 1,2
Проверка среднего: статистика критерия показывает, на сколько стандартных ошибок выборочное среднее отстоит от значения из H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), если σ известно, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), если его оценивают по выборке. Доверительный интервал — x̄ ± (критическое значение)·(стандартная ошибка).
Стандартная ошибка
SE = 20/√25 = 20/5 = 4
Статистика критерия
t = (104,8 − 100)/4 = 1,2
Ответ
t = 1,2
t0,025; df = 24 = 2,064
|t| < 2.064, поэтому H₀ не отвергается на уровне 5 % (двусторонний критерий).
6.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: L = 497
Проверка среднего: статистика критерия показывает, на сколько стандартных ошибок выборочное среднее отстоит от значения из H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), если σ известно, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), если его оценивают по выборке. Доверительный интервал — x̄ ± (критическое значение)·(стандартная ошибка).
Предельная ошибка
E = 2,576·10/√49 = 3,68
Граница интервала
L = 500,7 − 3,68 = 497
Ответ
L = 497
7.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: r = 0,9586
Метод наименьших квадратов: при средних x̄ и ȳ, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² и Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) прямая ŷ = a + b·x имеет угловой коэффициент b = Sxy/Sxx и свободный член a = ȳ − b·x̄, поэтому она всегда проходит через (x̄, ȳ). Коэффициент корреляции Пирсона r = Sxy/√(Sxx·Syy) лежит между −1 и 1; r² — доля вариации y, объяснённая прямой.
Центрированные суммы
Sxy = 3520 − 90·188/5 = 136
Sxx = 1660 − 90²/5 = 40
Syy = 7572 − 188²/5 = 503,2
Коэффициент корреляции
r = 136/√(40·503,2) = 0,9586
Ответ
r = 0,9586
8.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: e = 3,852
Метод наименьших квадратов: при средних x̄ и ȳ, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² и Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) прямая ŷ = a + b·x имеет угловой коэффициент b = Sxy/Sxx и свободный член a = ȳ − b·x̄, поэтому она всегда проходит через (x̄, ȳ). Коэффициент корреляции Пирсона r = Sxy/√(Sxx·Syy) лежит между −1 и 1; r² — доля вариации y, объяснённая прямой.
Средние
x̄ = 21/6 = 3,5
ȳ = 95/6 = 15,83
Суммы квадратов и произведений
Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −40,5
Линия регрессии
b = −40,5/17,5 = −2,314
a = 15,83 − (−2,314)·3,5 = 23,93
ŷ = 23,93 − 2,314·x
Прогнозируемое значение
ŷ = 23,93 + (−2,314)·2,5 = 18,15
Остаток
e = 22 − 18,15 = 3,852
Ответ
e = 3,852
Точка лежит выше прямой.
9.Критерии хи-квадрат
Ответ: χ² = 0,08791
Критерии хи-квадрат: сравнивают наблюдаемые частоты O с частотами E, ожидаемыми при H₀, по формуле χ² = Σ(O − E)²/E. Согласие с распределением: E = n·p для каждой категории, df = k − 1 (и ещё минус один за каждый параметр, оцениваемый по данным). Независимость в таблице r × c: E = итог по строке × итог по столбцу / общий итог, df = (r − 1)(c − 1). Отвергайте H₀, когда χ² превышает критическое значение для выбранного α.
df = 1. При α = 0,05 критическое значение равно 3,841, поэтому H₀ (независимость) не отвергается.
10.Критерии хи-квадрат
Ответ: χ²crit = 13,28
Критерии хи-квадрат: сравнивают наблюдаемые частоты O с частотами E, ожидаемыми при H₀, по формуле χ² = Σ(O − E)²/E. Согласие с распределением: E = n·p для каждой категории, df = k − 1 (и ещё минус один за каждый параметр, оцениваемый по данным). Независимость в таблице r × c: E = итог по строке × итог по столбцу / общий итог, df = (r − 1)(c − 1). Отвергайте H₀, когда χ² превышает критическое значение для выбранного α.
Степени свободы
df = (3 − 1)·(3 − 1) = 4
Таблица
χ²crit(df = 4, α = 0,01) = 13,277
Ответ
χ²crit = 13,277
Отвергайте H₀, если вычисленное χ² больше этого значения.