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 181,5 cm? Дайте P в виде десятичной дроби.
μ = 178σ = 7x1 = 174,5x2 = 181,5
P =
2.Нормальное распределениеСложная
Масса X изделия с линии 1 и Y с линии 2 независимы и нормально распределены: X имеет среднее 500 g и стандартное отклонение 8 g, Y имеет среднее 490 g и стандартное отклонение 6 g. Найдите вероятность P того, что X больше Y. Округлите z до двух знаков после запятой.
μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
3.Доверительные интервалыСредняя
Сравнивается время работы аккумулятора двух моделей телефонов. Модель 1: 40 телефонов, среднее 105,5 h, известное стандартное отклонение 9 h. Модель 2: 40 телефонов, среднее 117,5 h, известное стандартное отклонение 19 h. Найдите нижнюю границу 90 % доверительного интервала для μ₁ − μ₂.
5.Проверка гипотез и доверительные интервалыСредняя
Две производственные линии изготавливают одну и ту же деталь. Линия 1: выборка из 50 деталей имеет среднюю длину 142,5 mm, известное стандартное отклонение линии 19 mm. Линия 2: выборка из 80 деталей имеет среднее 135,9 mm, известное стандартное отклонение 12 mm. Найдите статистику критерия z для H₀: μ₁ = μ₂, принимая разность как x̄₁ − x̄₂ (линия 1 минус линия 2).
6.Проверка гипотез и доверительные интервалыСложная
В исследовании выздоравливают 48 из 120 пациентов, получавших лечение A, и 52 из 100 пациентов, получавших лечение B. Используя объединённую долю, найдите статистику критерия z для H₀: p₁ = p₂.
x₁ = 48n₁ = 120x₂ = 52n₂ = 100
z =
7.Линейная регрессия и корреляцияСредняя
В таблице даны 6 пар наблюдений x = температура в °C и y = продано мороженого. Найдите коэффициент детерминации r² прямой наименьших квадратов.
n = 6
r² =
8.Линейная регрессия и корреляцияСложная
В таблице даны 6 пар наблюдений x = возраст автомобиля в годах и y = цена в k€. Используйте прямую наименьших квадратов ŷ = a + b·x. Спрогнозируйте ŷ при x = 5,5.
n = 6x = 5,5
ŷ =
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 × 3
χ² =
10.Критерии хи-квадратСложная
Критерий независимости хи-квадрат применяется к таблице сопряжённости с 2 строками и 5 столбцами (не считая итогов). Сколько степеней свободы df у критерия?
2 × 5
df =
3Растворы
1.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,3829
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 = (181,5 − 178)/7 = 0,5
Площадь между
P = Φ(0,5) − Φ(−0,5) = 0,6915 − 0,3085 = 0,3829
Ответ
P = 0,3829
2.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,8413
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 = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g
Стандартизуйте
z = (0 − 10)/10 = −1
Вероятность
P = 1 − Φ(−1) = 0,8413
Ответ
P = 0,8413
3.Доверительные интервалы
Ответ: нижняя граница = −17,47 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 = 105,5 − 117,5 = −12
Стандартная ошибка
SE = √(9²/40 + 19²/40) = 3,324
Предельная ошибка
E = 1,645·3,324 = 5,468
Интервал
−12 ± 5,468 → [−17,47, −6,532]
Ответ
нижняя граница = −17,47 h
Интервал не содержит 0, поэтому средние значимо различаются.
4.Доверительные интервалы
Ответ: верхняя граница = 21,39 kg
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.
Объединённое стандартное отклонение
sp² = (6·6² + 8·7²)/14 = 43,43
sp = 6,59
Предельная ошибка
E = 2,977·6,59·√(1/7 + 1/9) = 9,887
Интервал
11,5 ± 9,887 → [1,613, 21,39]
Ответ
верхняя граница = 21,39 kg
5.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: z = 2,198
Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.
Стандартная ошибка разности
SE = √(19²/50 + 12²/80) = √9,02 = 3,003
Статистика критерия
z = (142,5 − 135,9)/3,003 = 2,198
Ответ
z = 2,198
|z| > 1,96, поэтому H₀ отвергается на уровне 5 % (двусторонний критерий).
6.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: z = −1,78
Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.
Выборочные доли
p̂₁ = 48/120 = 0,4
p̂₂ = 52/100 = 0,52
p̂ = 100/220 = 0,4545
Стандартная ошибка при H₀
SE = √(0,4545·0,5455·(1/120 + 1/100)) = 0,06742
Статистика критерия
z = (0,4 − 0,52)/0,06742 = −1,78
Ответ
z = −1,78
|z| < 1.96, поэтому H₀ не отвергается на уровне 5 % (двусторонний критерий).
7.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: r² = 0,9933
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 = 153/6 = 25,5
ȳ = 934/6 = 155,7
Суммы квадратов и произведений
Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 984
Syy = Σ(y − ȳ)² = 6189
Коэффициент детерминации
r² = 984²/(157,5·6189) = 0,9933
Ответ
r² = 0,9933
Прямая объясняет около 99,33% вариации y.
8.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: ŷ = 16,03
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 = 114/6 = 19
Суммы квадратов и произведений
Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −26
Линия регрессии
b = −26/17,5 = −1,486
a = 19 − (−1,486)·3,5 = 24,2
ŷ = 24,2 − 1,486·x
Прогноз
ŷ = 24,2 + (−1,486)·5,5 = 16,03
Ответ
ŷ = 16,03
9.Критерии хи-квадрат
Ответ: χ² = 10,82
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 = 2. При α = 0,05 критическое значение равно 5,991, поэтому H₀ (независимость) отвергается.
10.Критерии хи-квадрат
Ответ: df = 4
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.