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 178 и 192,35 cm? Дайте P в виде десятичной дроби.
μ = 178σ = 7x1 = 178x2 = 192,35
P =
2.Нормальное распределениеСложная
Распределение «значения роста взрослых мужчин» нормальное: среднее 178 cm, стандартное отклонение 7 cm. Перетащите границу так, чтобы закрашенные нижние 60% были слева от неё. Найдите границу x.
μ = 178 cmσ = 7 cm60%
x = cm
3.Доверительные интервалыСредняя
Сравнивается время работы аккумулятора двух моделей телефонов. Модель 1: 80 телефонов, среднее 97 h, известное стандартное отклонение 19 h. Модель 2: 100 телефонов, среднее 103 h, известное стандартное отклонение 13 h. Найдите верхнюю границу 99 % доверительного интервала для μ₁ − μ₂.
5.Проверка гипотез и доверительные интервалыСредняя
Две производственные линии изготавливают одну и ту же деталь. Линия 1: выборка из 40 деталей имеет среднюю длину 104 mm, известное стандартное отклонение линии 6 mm. Линия 2: выборка из 40 деталей имеет среднее 100,7 mm, известное стандартное отклонение 8 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
Какой должна быть выборка, чтобы 99 % доверительный интервал для среднего имел предельную ошибку не более 1,5? Стандартное отклонение — 4. Найдите наименьший объём выборки n.
σ = 4E = 1,599%
n =
7.Линейная регрессия и корреляцияСредняя
В таблице даны 6 пар наблюдений x = нагрузка в kN и y = удлинение в mm. Найдите коэффициент корреляции Пирсона r.
n = 6
r =
8.Линейная регрессия и корреляцияСложная
В таблице даны 6 пар наблюдений x = часов подготовки и y = балл за экзамен. Используйте прямую наименьших квадратов ŷ = a + b·x. Получено новое наблюдение (9, 66). Найдите его остаток e = y − ŷ.
n = 6(9, 66)
e =
9.Критерии хи-квадратСредняя
Таблица сопряжённости содержит наблюдаемые частоты. Для критерия независимости хи-квадрат найдите ожидаемую частоту E для клетки «ночная смена, незначительный».
итог по строке = 49итог по столбцу = 47N = 145
E =
10.Критерии хи-квадратСложная
В таблице даны наблюдаемые частоты. Проверьте при α = 0,01, независимы ли две переменные (без поправки на непрерывность). Вычислите статистику критерия χ², затем сравните её с критическим значением из таблицы.
N = 1603 × 2α = 0,01
χ² =
3Растворы
1.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,4798
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 = (178 − 178)/7 = 0
z₂ = (192,35 − 178)/7 = 2,05
Площадь между
P = Φ(2,05) − Φ(0) = 0,9798 − 0,5 = 0,4798
Ответ
P = 0,4798
2.Нормальное распределение
Ответ: x = 179,8 cm
От площади обратно к z: Φ(z) — это площадь слева от z. Для площади левого хвоста A найдите в таблице z с Φ(z) = A. Площадь правого хвоста A означает Φ(z) = 1 − A. Центральная площадь A между −z и z оставляет (1 − A)/2 в каждом хвосте, поэтому Φ(z) = (1 + A)/2. Для значения x используйте x = μ + zσ.
Площадь слева
Φ(z) = 0,6
z из таблицы
z ≈ 0,25
Возврат к исходным единицам
x = 178 + 0,25·7 = 179,8 cm
Ответ
x = 179,8 cm
3.Доверительные интервалы
Ответ: верхняя граница = 0,4155 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 = 97 − 103 = −6
Стандартная ошибка
SE = √(19²/80 + 13²/100) = 2,49
Предельная ошибка
E = 2,576·2,49 = 6,415
Интервал
−6 ± 6,415 → [−12,42, 0,4155]
Ответ
верхняя граница = 0,4155 h
Интервал содержит 0, поэтому данные не показывают значимого различия.
4.Доверительные интервалы
Ответ: E = 10,28 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 = (11·8,5² + 13·10²)/24 = 87,28
sp = 9,342
Предельная ошибка
E = 2,797·9,342·√(1/12 + 1/14) = 10,28
Ответ
E = 10,28 kg
5.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: z = 2,087
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 = √(6²/40 + 8²/40) = √2,5 = 1,581
Статистика критерия
z = (104 − 100,7)/1,581 = 2,087
Ответ
z = 2,087
|z| > 1,96, поэтому H₀ отвергается на уровне 5 % (двусторонний критерий).
6.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: n = 48
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).
Выразите n
n = (2,576·4/1,5)² = 47,19
Округлите вверх
n = 48
Ответ
n = 48
7.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: r = 0,9988
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 = 42/6 = 7
ȳ = 173/6 = 28,83
Суммы квадратов и произведений
Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 281
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1131
Коэффициент корреляции
r = 281/√(70·1131) = 0,9988
Ответ
r = 0,9988
8.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: e = −1,805
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 = 42/6 = 7
ȳ = 371/6 = 61,83
Суммы квадратов и произведений
Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 209
Линия регрессии
b = 209/70 = 2,986
a = 61,83 − 2,986·7 = 40,93
ŷ = 40,93 + 2,986·x
Прогнозируемое значение
ŷ = 40,93 + 2,986·9 = 67,8
Остаток
e = 66 − 67,8 = −1,805
Ответ
e = −1,805
Точка лежит ниже прямой.
9.Критерии хи-квадрат
Ответ: E = 15,88
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.
Ожидаемая частота
E = 49·47/145 = 15,88
Ответ
E = 15,88
10.Критерии хи-квадрат
Ответ: χ² = 0,1587
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.