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 172,4 и 192,35 cm? Дайте P в виде десятичной дроби.
μ = 178σ = 7x1 = 172,4x2 = 192,35
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
Выборка из 25 элементов имеет среднее 68 и стандартное отклонение s = 15. Генеральная совокупность распределена приблизительно нормально. Найдите верхнюю границу 99 % доверительного интервала для среднего.
n = 25x̄ = 68s = 1599%t(24) = 2,797
верхняя граница =
4.Доверительные интервалыСложная
Диаметры 20 обработанных валов имеют выборочное стандартное отклонение 10 µm. Считая диаметры нормально распределёнными, найдите границу 95 % доверительного интервала для стандартного отклонения генеральной совокупности — верхняя граница σ. При df = 19 2,5 % распределения χ² лежит ниже 8,907 и 2,5 % — выше 32,852.
n = 20s = 10 µmχ² = 8,907, 32,852
σ = µm
5.Проверка гипотез и доверительные интервалыСредняя
Выборка из 100 студентов имеет средний балл 502,4 и выборочное стандартное отклонение 10. Найдите статистику критерия t для H₀: μ = 500.
μ₀ = 500x̄ = 502,4s = 10n = 100
t =
6.Проверка гипотез и доверительные интервалыСложная
В исследовании выздоравливают 40 из 100 пациентов, получавших лечение A, и 78 из 300 пациентов, получавших лечение B. Используя объединённую долю, найдите статистику критерия z для H₀: p₁ = p₂.
x₁ = 40n₁ = 100x₂ = 78n₂ = 300
z =
7.Линейная регрессия и корреляцияСредняя
В таблице даны 6 пар наблюдений x = нагрузка в kN и y = удлинение в mm. Даны их суммы. Найдите по этим суммам коэффициент корреляции Пирсона r.
n = 6Σx = 42Σy = 70Σx² = 364Σy² = 986Σxy = 594
r =
8.Линейная регрессия и корреляцияСложная
В таблице даны 5 пар наблюдений x = нагрузка в kN и y = удлинение в mm. Используйте прямую наименьших квадратов ŷ = a + b·x. Спрогнозируйте ŷ при x = 5.
n = 5x = 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 = 1402 × 2
χ² =
10.Критерии хи-квадратСложная
Критерий независимости хи-квадрат применяется к таблице сопряжённости с 4 строками и 4 столбцами (не считая итогов). По таблице найдите критическое значение χ²crit при уровне значимости α = 0,05.
α = 0,05
χ²crit =
3Растворы
1.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,768
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 = (172,4 − 178)/7 = −0,8
z₂ = (192,35 − 178)/7 = 2,05
Площадь между
P = Φ(2,05) − Φ(−0,8) = 0,9798 − 0,2119 = 0,768
Ответ
P = 0,768
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: верхняя граница = 76,39
Доверительный интервал для среднего: x̄ ± предельная ошибка. При известном σ генеральной совокупности предельная ошибка равна z·σ/√n; если известно только выборочное стандартное отклонение s, используйте t с n − 1 степенями свободы: t·s/√n. Критические значения: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Чтобы предельная ошибка не превышала E, нужен объём выборки n ≥ (z·σ/E)², округлённый вверх.
Критическое значение
df = n − 1 = 24, t = 2,797
Предельная ошибка
E = 2,797·15/√25 = 8,391
Интервал
68 ± 8,391 → [59,61, 76,39]
Ответ
верхняя граница = 76,39
4.Доверительные интервалы
Ответ: σ = 14,61 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 = 19·10² = 1900
Границы для σ²
1900/32,852 = 57,84
1900/8,907 = 213,3
Граница для σ
σ = √213,3 = 14,61 µm
Ответ
σ = 14,61 µm
95 % интервал для σ: [7,605, 14,61] µm.
5.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: t = 2,4
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 = 10/√100 = 10/10 = 1
Статистика критерия
t = (502,4 − 500)/1 = 2,4
Ответ
t = 2,4
t0,025; df = 99 = 1,984
|t| > 1,984, поэтому H₀ отвергается на уровне 5 % (двусторонний критерий).
6.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: z = 2,659
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 = 40/100 = 0,4
p̂₂ = 78/300 = 0,26
p̂ = 118/400 = 0,295
Стандартная ошибка при H₀
SE = √(0,295·0,705·(1/100 + 1/300)) = 0,05266
Статистика критерия
z = (0,4 − 0,26)/0,05266 = 2,659
Ответ
z = 2,659
|z| > 1,96, поэтому H₀ отвергается на уровне 5 % (двусторонний критерий).
7.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: r = 0,9552
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 = 594 − 42·70/6 = 104
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 986 − 70²/6 = 169,3
Коэффициент корреляции
r = 104/√(70·169,3) = 0,9552
Ответ
r = 0,9552
8.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: ŷ = 21,45
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 = 30/5 = 6
ȳ = 126/5 = 25,2
Суммы квадратов и произведений
Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 150
Линия регрессии
b = 150/40 = 3,75
a = 25,2 − 3,75·6 = 2,7
ŷ = 2,7 + 3,75·x
Прогноз
ŷ = 2,7 + 3,75·5 = 21,45
Ответ
ŷ = 21,45
9.Критерии хи-квадрат
Ответ: χ² = 15,38
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) отвергается.
10.Критерии хи-квадрат
Ответ: χ²crit = 16,92
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 = (4 − 1)·(4 − 1) = 9
Таблица
χ²crit(df = 9, α = 0,05) = 16,919
Ответ
χ²crit = 16,919
Отвергайте H₀, если вычисленное χ² больше этого значения.