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
Перетащите z так, чтобы закрашенная площадь под стандартной нормальной кривой справа от z была равна 0,8438. Найдите z с точностью до двух знаков.
A = 0,8438
z =
2.Нормальное распределениеСложная
Время круга X бегуна A и время круга Y бегуна B независимы и нормально распределены: X имеет среднее 52 s и стандартное отклонение 4 s, Y имеет среднее 48 s и стандартное отклонение 3 s. Найдите вероятность P того, что X больше Y. Округлите z до двух знаков после запятой.
μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
3.Доверительные интервалыСредняя
Выборка из 30 элементов имеет среднее 89,5 и стандартное отклонение s = 5. Генеральная совокупность распределена приблизительно нормально. Найдите предельную ошибку E 99 % доверительного интервала для среднего.
n = 30x̄ = 89,5s = 599%t(29) = 2,756
E =
4.Доверительные интервалыСложная
Диаметры 30 обработанных валов имеют выборочное стандартное отклонение 6,3 µm. Считая диаметры нормально распределёнными, найдите границу 95 % доверительного интервала для стандартного отклонения генеральной совокупности — верхняя граница σ. При df = 29 2,5 % распределения χ² лежит ниже 16,047 и 2,5 % — выше 45,722.
n = 30s = 6,3 µmχ² = 16,047, 45,722
σ = µm
5.Проверка гипотез и доверительные интервалыСредняя
Утверждается, что среднее генеральной совокупности равно 500; стандартное отклонение генеральной совокупности известно и равно 24. Случайная выборка из 144 наблюдений имеет среднее 497,04. Проверьте H₀: μ = 500 против H₁: μ < 500. Найдите p-значение p.
μ₀ = 500σ = 24n = 144x̄ = 497,04H₁: μ < μ₀
p =
6.Проверка гипотез и доверительные интервалыСложная
В исследовании выздоравливают 78 из 120 пациентов, получавших лечение A, и 168 из 300 пациентов, получавших лечение B. Используя объединённую долю, найдите статистику критерия z для H₀: p₁ = p₂.
x₁ = 78n₁ = 120x₂ = 168n₂ = 300
z =
7.Линейная регрессия и корреляцияСредняя
В таблице даны 5 пар наблюдений x = расходы на рекламу в k€ и y = продажи в k€. Найдите коэффициент детерминации r² прямой наименьших квадратов.
n = 5
r² =
8.Линейная регрессия и корреляцияСложная
В таблице даны 5 пар наблюдений x = температура в °C и y = продано мороженого. Используйте прямую наименьших квадратов ŷ = a + b·x. Получено новое наблюдение (21,5, 77). Найдите его остаток e = y − ŷ.
n = 5(21,5, 77)
e =
9.Критерии хи-квадратСредняя
Таблица сопряжённости содержит наблюдаемые частоты. Для критерия независимости хи-квадрат найдите ожидаемую частоту E для клетки «село, высокий».
итог по строке = 95итог по столбцу = 47N = 171
E =
10.Критерии хи-квадратСложная
В таблице даны наблюдаемые частоты. Проверьте при α = 0,05, независимы ли две переменные (без поправки на непрерывность). Вычислите статистику критерия χ², затем сравните её с критическим значением из таблицы.
N = 2403 × 2α = 0,05
χ² =
3Растворы
1.Нормальное распределение
Ответ: z = −1,01
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 от z
Φ(z) = 1 − 0,8438 = 0,1562
Читайте таблицу z в обратную сторону
Найдите 0,1562 внутри таблицы и считайте z.
z = −1,01
Ответ
z = −1,01
2.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,7881
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 = 52 − 48 = 4 s, σ = 5 s
Стандартизуйте
z = (0 − 4)/5 = −0,8
Вероятность
P = 1 − Φ(−0,8) = 0,7881
Ответ
P = 0,7881
3.Доверительные интервалы
Ответ: E = 2,516
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 = 29, t = 2,756
Предельная ошибка
E = 2,756·5/√30 = 2,516
Ответ
E = 2,516
4.Доверительные интервалы
Ответ: σ = 8,469 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 = 29·6,3² = 1151
Границы для σ²
1151/45,722 = 25,17
1151/16,047 = 71,73
Граница для σ
σ = √71,73 = 8,469 µm
Ответ
σ = 8,469 µm
95 % интервал для σ: [5,017, 8,469] µm.
5.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: p = 0,06944
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.
Статистика критерия
SE = σ/√n = 24/√144 = 2
z = (497,04 − 500)/2 = −1,48
Площадь хвоста
Φ(1,48) = 0,9306
1 − Φ(1,48) = 0,0694
p-значение
p = 0,06944
Ответ
p = 0,06944
p > 0,05, поэтому H₀ не отвергается на уровне 5 %.
6.Проверка гипотез и доверительные интервалы
Ответ: z = 1,692
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 = 78/120 = 0,65
p̂₂ = 168/300 = 0,56
p̂ = 246/420 = 0,5857
Стандартная ошибка при H₀
SE = √(0,5857·0,4143·(1/120 + 1/300)) = 0,05321
Статистика критерия
z = (0,65 − 0,56)/0,05321 = 1,692
Ответ
z = 1,692
|z| < 1.96, поэтому H₀ не отвергается на уровне 5 % (двусторонний критерий).
7.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: r² = 0,9903
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 = 250/5 = 50
Суммы квадратов и произведений
Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 176
Syy = Σ(y − ȳ)² = 782
Коэффициент детерминации
r² = 176²/(40·782) = 0,9903
Ответ
r² = 0,9903
Прямая объясняет около 99,03% вариации y.
8.Линейная регрессия и корреляция
Ответ: e = −2,5
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 = 100/5 = 20
ȳ = 365/5 = 73
Суммы квадратов и произведений
Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 390
Линия регрессии
b = 390/90 = 4,333
a = 73 − 4,333·20 = −13,67
ŷ = −13,67 + 4,333·x
Прогнозируемое значение
ŷ = −13,67 + 4,333·21,5 = 79,5
Остаток
e = 77 − 79,5 = −2,5
Ответ
e = −2,5
Точка лежит ниже прямой.
9.Критерии хи-квадрат
Ответ: E = 26,11
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 = 95·47/171 = 26,11
Ответ
E = 26,11
10.Критерии хи-квадрат
Ответ: χ² = 27,26
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.