สถิติ 2: การอนุมานเชิงสถิติ: ชุดสรุปเร่งรัด

สรุปสูตร ขั้นตอนวิธีทำที่สำคัญของทุกหัวข้อ และโจทย์ฝึก 10 ข้อ พร้อมเฉลยละเอียดไว้ท้ายเล่ม

โจทย์ใหม่กลับไปที่รายวิชา

ในหน้าต่างพิมพ์ ให้เลือก “บันทึกเป็น PDF” เพื่อเก็บสำเนาไว้ในอุปกรณ์ของคุณ

1สูตรและวิธีทำ

การแจกแจงปกติ

คะแนนมาตรฐาน z
z = (x − μ)/σ
ต่ำกว่า x
P(X < x) = Φ(z)
สูงกว่า x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
ระหว่าง
Φ(z2) − Φ(z1)
เปอร์เซ็นไทล์
x = μ + z·σ

วิธีการ

  1. แปลงค่าเป็นคะแนนมาตรฐาน z: z = (x − μ)/σ
  2. ดูค่า Φ(z) ซึ่งเป็นพื้นที่ทางซ้ายของ z
  3. สำหรับพื้นที่ทางขวาใช้ 1 − Φ(z) สำหรับช่วงให้ลบพื้นที่ทางซ้ายสองค่า
  4. สำหรับเปอร์เซ็นไทล์ ให้ทำย้อนกลับ: หา z จากพื้นที่ แล้ว x = μ + z·σ

ช่วงความเชื่อมั่น

ทราบ σ
x̄ ± z·σ/√n
ไม่ทราบ σ
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
ค่าวิกฤต z
90%: 1.645, 95%: 1.96, 99%: 2.576
ขนาดตัวอย่าง
n = (z·σ/E)², rounded up

วิธีการ

  1. ตัดสินใจระหว่าง z (ทราบ σ ของประชากร) กับ t (มีเพียง s ของตัวอย่าง โดยองศาเสรี n − 1)
  2. หาค่าวิกฤตสำหรับระดับความเชื่อมั่น
  3. ค่าความคลาดเคลื่อน: E = ค่าวิกฤต × ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน/√n
  4. ช่วง: x̄ ± E

การทดสอบสมมติฐานและช่วงความเชื่อมั่น

การทดสอบ z สำหรับค่าเฉลี่ย
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
การทดสอบ t สำหรับค่าเฉลี่ย
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
สองทางที่ระดับ 5%
ปฏิเสธ H0 ถ้า |z| > 1.96
ช่วงความเชื่อมั่น
x̄ ± z·σ/√n

วิธีการ

  1. ระบุ H₀ และ H₁ และตัดสินว่าการทดสอบเป็นทางเดียวหรือสองทาง
  2. คำนวณตัวสถิติทดสอบ: (x̄ − μ₀)/(σ/√n) หรือใช้ s และ t
  3. เปรียบเทียบกับค่าวิกฤต หรือหาค่า p
  4. ปฏิเสธ H₀ ถ้าตัวสถิติเลยค่าวิกฤต (p ต่ำกว่า α) และระบุข้อสรุปเป็นคำพูด

การถดถอยเชิงเส้นและสหสัมพันธ์

ผลรวมกำลังสอง
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
ความชัน
b = Sxy/Sxx
ระยะตัดแกน
a = ȳ − b·x̄
สหสัมพันธ์
r = Sxy/√(SxxSyy)
ส่วนตกค้าง
e = y − ŷ

การทดสอบไคสแควร์

ตัวสถิติทดสอบ
χ² = Σ(O − E)²/E
ความเหมาะสมของแบบจำลอง
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
ความเป็นอิสระ
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
ค่าวิกฤต (α = 0.05)
df 1: 3.841, 2: 5.991, 3: 7.815, 4: 9.488
การตัดสินใจ
ปฏิเสธ H0 ถ้า χ² > χ²crit

2โจทย์ฝึก

1.การแจกแจงปกติปานกลาง
60 kg58.2 kgT = X₁ + … + X₅?

มวลของกล่องเป็นอิสระต่อกันและมีการแจกแจงปกติที่มีค่าเฉลี่ย 12 kg และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.8 kg จงหาความน่าจะเป็น P ที่มวลรวมของ 5 ชิ้นต่ำกว่า 58.2 kg ปัดเศษ z เป็นสองตำแหน่งทศนิยม

μ = 12 kgσ = 0.8 kgn = 5< 58.2 kg
P =
2.การแจกแจงปกติยาก
157164171178185192199cmบน 30%

ส่วนสูงของผู้ชายวัยผู้ใหญ่ แจกแจงปกติที่มีค่าเฉลี่ย 178 cm และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 7 cm ลากค่าตัดให้ส่วนบน 30% ที่แรเงาอยู่ทางขวา หาค่าตัด x

μ = 178 cmσ = 7 cm30%
x = cm
3.ช่วงความเชื่อมั่นปานกลาง
n = 9, sd​ = 5.30LU = ?d̄ = 6.7E99%

วัดความดันโลหิตของผู้ป่วย 9 คนก่อนและหลังการรักษา ผลต่าง d = ก่อน − หลัง (mmHg) มีค่าเฉลี่ย 6.7 และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 5.3 จงหาขีดจำกัดบนของช่วงความเชื่อมั่น 99% สำหรับผลต่างเฉลี่ย

n = 9d̄ = 6.7sd = 5.399%t(8) = 3.355
ขีดจำกัดบน = mmHg
4.ช่วงความเชื่อมั่นยาก
μ₁ − μ₂, t(29) = 2.0450LUx̄₁ − x̄₂E = ?95%

ทดสอบปุ๋ยสองชนิด กลุ่มแปลงที่ 1: 12 แปลง ผลผลิตเฉลี่ย 54 kg ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 10 kg กลุ่มแปลงที่ 2: 19 แปลง ค่าเฉลี่ย 63.5 kg ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 4 kg สมมติความแปรปรวนเท่ากัน (t รวม, df = n₁ + n₂ − 2) จงหาค่าคลาดเคลื่อนที่ยอมให้ E ของช่วงความเชื่อมั่น 95% สำหรับ μ₁ − μ₂

n₁ = 12x̄₁ = 54s₁ = 10n₂ = 19x̄₂ = 63.5s₂ = 495%t(29) = 2.045
E = kg
5.การทดสอบสมมติฐานและช่วงความเชื่อมั่นปานกลาง
−1.961.96z = ?

สายการผลิตสองสายผลิตชิ้นส่วนเดียวกัน สายที่ 1: ตัวอย่าง 30 ชิ้นมีความยาวเฉลี่ย 52.5 mm และทราบส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของสายคือ 17 mm สายที่ 2: ตัวอย่าง 100 ชิ้นมีค่าเฉลี่ย 43 mm ทราบส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 14 mm จงหาค่าสถิติทดสอบ z สำหรับ H₀: μ₁ = μ₂ โดยให้ผลต่างเป็น x̄₁ − x̄₂ (สายที่ 1 ลบสายที่ 2)

n₁ = 30x̄₁ = 52.5 mmσ₁ = 17 mmn₂ = 100x̄₂ = 43 mmσ₂ = 14 mm
z =
6.การทดสอบสมมติฐานและช่วงความเชื่อมั่นยาก
−1.961.96z = ?

ในการทดลองหนึ่ง ผู้ป่วยที่ได้รับการรักษา A หายป่วย 36 จาก 80 คน และผู้ป่วยที่ได้รับการรักษา B หายป่วย 50 จาก 150 คน จงใช้สัดส่วนรวมหาค่าสถิติทดสอบ z สำหรับ H₀: p₁ = p₂

x₁ = 36n₁ = 80x₂ = 50n₂ = 150
z =
7.การถดถอยเชิงเส้นและสหสัมพันธ์ปานกลาง
xy264106158211027xy5101020

ตารางให้ข้อมูลที่เป็นคู่ 5 ค่า ของ x = น้ำหนักบรรทุกใน kN และ y = ระยะยืดใน mm จงหาสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของเพียร์สัน r

n = 5
r =
8.การถดถอยเชิงเส้นและสหสัมพันธ์ยาก
xy264116178231024xy5101020x = 7

ตารางให้ข้อมูลที่เป็นคู่ 5 ค่า ของ x = น้ำหนักบรรทุกใน kN และ y = ระยะยืดใน mm ใช้เส้นตรงกำลังสองน้อยที่สุด ŷ = a + b·x มีข้อมูลสังเกตใหม่ (7, 17) จงหาส่วนตกค้าง e = y − ŷ

n = 5(7, 17)
e =
9.การทดสอบไคสแควร์ปานกลาง
รถบัสจักรยานรถยนต์รวมนักเรียน453342120เจ้าหน้าที่442730101รวม896072221

ตารางการณ์จรแสดงความถี่ที่สังเกตได้ สำหรับการทดสอบความเป็นอิสระด้วยไคสแควร์ จงหาความถี่ที่คาดหวัง E ของช่อง “นักเรียน, รถบัส”

ผลรวมแถว = 120ผลรวมหลัก = 89N = 221
E =
10.การทดสอบไคสแควร์ยาก
ผ่านไม่ผ่านรวมสายการผลิต 1411960สายการผลิต 24654100สายการผลิต 3233760รวม110110220dfα = 0.05α = 0.0113.8416.63525.9919.21037.81511.34549.48813.277511.07015.086612.59216.812714.06718.475815.50720.090916.91921.6661018.30723.209

ตารางแสดงความถี่ที่สังเกตได้ จงทดสอบที่ α = 0.01 ว่าตัวแปรทั้งสองเป็นอิสระต่อกันหรือไม่ (ไม่ใช้การแก้ไขความต่อเนื่อง) จงคำนวณค่าสถิติทดสอบ χ² แล้วเปรียบเทียบกับค่าวิกฤตจากตาราง

N = 2203 × 2α = 0.01
χ² =

3สารละลาย

1.การแจกแจงปกติ

คำตอบ: P = 0.1562

ผลบวกและผลต่างของตัวแปรปกติ: ถ้า X และ Y เป็นอิสระต่อกันและมีการแจกแจงปกติ X + Y และ X − Y ก็มีการแจกแจงปกติเช่นกัน ค่าเฉลี่ยบวกหรือลบกัน: E(X ± Y) = μX ± μY ความแปรปรวนบวกกันเสมอ แม้เป็นผลต่าง: Var(X ± Y) = σX² + σY² ดังนั้น σ = √(σX² + σY²) ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานไม่บวกกันโดยตรง ผลรวมของ n รายการอิสระที่มีการแจกแจงเดียวกันมีค่าเฉลี่ย n·μ และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน σ·√n จากนั้นทำให้เป็นมาตรฐานตามปกติ: z = (x − ค่าเฉลี่ย)/σ แล้วอ่าน Φ(z)

การแจกแจงของผลรวม

μT = 60 kg, σT = 0.8·√5 = 1.789 kg

ทำให้เป็นมาตรฐาน

z = (58.2 − 60)/1.789 = −1.01

ความน่าจะเป็น

P = Φ(−1.01) = 0.1562

คำตอบ

P = 0.1562
2.การแจกแจงปกติ

คำตอบ: x = 181.6 cm

จากพื้นที่กลับเป็น z: Φ(z) คือพื้นที่ทางซ้ายของ z สำหรับพื้นที่หางซ้าย A หา z ที่ Φ(z) = A ในตาราง พื้นที่หางขวา A หมายความว่า Φ(z) = 1 − A พื้นที่ตรงกลาง A ระหว่าง −z และ z เหลือ (1 − A)/2 ในแต่ละหาง ดังนั้น Φ(z) = (1 + A)/2 สำหรับค่า x ใช้ x = μ + zσ

พื้นที่ทางซ้าย

Φ(z) = 0.7

z จากตาราง

z ≈ 0.52

กลับเป็นหน่วยเดิม

x = 178 + 0.52·7 = 181.6 cm

คำตอบ

x = 181.6 cm
3.ช่วงความเชื่อมั่น

คำตอบ: ขีดจำกัดบน = 12.63 mmHg

ช่วงสำหรับผลต่าง: ค่าประมาณ ± ค่าวิกฤต × ความคลาดเคลื่อนมาตรฐาน สำหรับค่าเฉลี่ยอิสระสองค่าที่ทราบ σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) และ z เมื่อความแปรปรวนเท่ากันแต่ไม่ทราบค่า: ใช้ s_p รวมและ t ที่มีองศาเสรี n₁ + n₂ − 2 สำหรับข้อมูลจับคู่ ให้ทำงานกับผลต่าง: d̄ ± t·s_d/√n

ค่าวิกฤต

df = 8, t = 3.355

ค่าความคลาดเคลื่อน

E = 3.355·5.3/√9 = 5.927

ช่วง

6.7 ± 5.927 → [0.7728, 12.63]

คำตอบ

ขีดจำกัดบน = 12.63 mmHg
4.ช่วงความเชื่อมั่น

คำตอบ: E = 5.217 kg

ช่วงสำหรับผลต่าง: ค่าประมาณ ± ค่าวิกฤต × ความคลาดเคลื่อนมาตรฐาน สำหรับค่าเฉลี่ยอิสระสองค่าที่ทราบ σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) และ z เมื่อความแปรปรวนเท่ากันแต่ไม่ทราบค่า: ใช้ s_p รวมและ t ที่มีองศาเสรี n₁ + n₂ − 2 สำหรับข้อมูลจับคู่ ให้ทำงานกับผลต่าง: d̄ ± t·s_d/√n

ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานรวม

sp² = (11·10² + 18·4²)/29 = 47.86
sp = 6.918

ค่าความคลาดเคลื่อน

E = 2.045·6.918·√(1/12 + 1/19) = 5.217

คำตอบ

E = 5.217 kg
5.การทดสอบสมมติฐานและช่วงความเชื่อมั่น

คำตอบ: z = 2.79

การทดสอบสมมติฐาน: ค่าสถิติทดสอบ = (ค่าประมาณ − ค่าภายใต้ H₀)/(ความคลาดเคลื่อนมาตรฐานภายใต้ H₀) ค่า p คือความน่าจะเป็น โดยสมมติว่า H₀ เป็นจริง ที่จะได้ค่าสถิติสุดโต่งอย่างน้อยเท่ากับที่สังเกตได้ คือพื้นที่ในหางหนึ่งสำหรับ H₁ แบบด้านเดียว และสองเท่าของพื้นที่หางสำหรับ H₁ แบบสองด้าน ปฏิเสธ H₀ เมื่อ p ≤ α

ความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของผลต่าง

SE = √(17²/30 + 14²/100) = √11.59 = 3.405

ตัวสถิติทดสอบ

z = (52.5 − 43)/3.405 = 2.79

คำตอบ

z = 2.79

|z| > 1.96 ดังนั้นปฏิเสธ H₀ ที่ระดับ 5% (สองด้าน)

6.การทดสอบสมมติฐานและช่วงความเชื่อมั่น

คำตอบ: z = 1.742

การทดสอบสมมติฐาน: ค่าสถิติทดสอบ = (ค่าประมาณ − ค่าภายใต้ H₀)/(ความคลาดเคลื่อนมาตรฐานภายใต้ H₀) ค่า p คือความน่าจะเป็น โดยสมมติว่า H₀ เป็นจริง ที่จะได้ค่าสถิติสุดโต่งอย่างน้อยเท่ากับที่สังเกตได้ คือพื้นที่ในหางหนึ่งสำหรับ H₁ แบบด้านเดียว และสองเท่าของพื้นที่หางสำหรับ H₁ แบบสองด้าน ปฏิเสธ H₀ เมื่อ p ≤ α

สัดส่วนจากตัวอย่าง

p̂₁ = 36/80 = 0.45
p̂₂ = 50/150 = 0.3333
p̂ = 86/230 = 0.3739

ความคลาดเคลื่อนมาตรฐานภายใต้ H₀

SE = √(0.3739·0.6261·(1/80 + 1/150)) = 0.06698

ตัวสถิติทดสอบ

z = (0.45 − 0.3333)/0.06698 = 1.742

คำตอบ

z = 1.742

|z| < 1.96 ดังนั้นไม่ปฏิเสธ H₀ ที่ระดับ 5% (สองด้าน)

7.การถดถอยเชิงเส้นและสหสัมพันธ์

คำตอบ: r = 0.9966

การถดถอยกำลังสองน้อยที่สุด: เมื่อ x̄ และ ȳ เป็นค่าเฉลี่ย Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² และ Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) เส้นตรง ŷ = a + b·x มีความชัน b = Sxy/Sxx และจุดตัดแกน a = ȳ − b·x̄ ดังนั้นจึงผ่านจุด (x̄, ȳ) เสมอ สัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของเพียร์สัน r = Sxy/√(Sxx·Syy) มีค่าอยู่ระหว่าง −1 ถึง 1 ส่วน r² คือสัดส่วนของความผันแปรของ y ที่เส้นตรงอธิบายได้

ค่าเฉลี่ย

x̄ = 30/5 = 6
ȳ = 79/5 = 15.8

ผลรวมของกำลังสองและผลคูณ

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 106
Syy = Σ(y − ȳ)² = 282.8

สัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์

r = 106/√(40·282.8) = 0.9966

คำตอบ

r = 0.9966
8.การถดถอยเชิงเส้นและสหสัมพันธ์

คำตอบ: e = −1.6

การถดถอยกำลังสองน้อยที่สุด: เมื่อ x̄ และ ȳ เป็นค่าเฉลี่ย Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² และ Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) เส้นตรง ŷ = a + b·x มีความชัน b = Sxy/Sxx และจุดตัดแกน a = ȳ − b·x̄ ดังนั้นจึงผ่านจุด (x̄, ȳ) เสมอ สัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของเพียร์สัน r = Sxy/√(Sxx·Syy) มีค่าอยู่ระหว่าง −1 ถึง 1 ส่วน r² คือสัดส่วนของความผันแปรของ y ที่เส้นตรงอธิบายได้

ค่าเฉลี่ย

x̄ = 30/5 = 6
ȳ = 81/5 = 16.2

ผลรวมของกำลังสองและผลคูณ

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 96

เส้นถดถอย

b = 96/40 = 2.4
a = 16.2 − 2.4·6 = 1.8
ŷ = 1.8 + 2.4·x

ค่าทำนาย

ŷ = 1.8 + 2.4·7 = 18.6

ส่วนตกค้าง

e = 17 − 18.6 = −1.6

คำตอบ

e = −1.6

จุดนี้อยู่ใต้เส้นตรง

9.การทดสอบไคสแควร์

คำตอบ: E = 48.33

การทดสอบไคสแควร์: เปรียบเทียบความถี่ที่สังเกตได้ O กับความถี่ที่คาดหวังภายใต้ H₀ ด้วย χ² = Σ(O − E)²/E การทดสอบภาวะสารูปสนิทดี: E = n·p สำหรับแต่ละกลุ่ม df = k − 1 (ลบเพิ่มอีกหนึ่งต่อทุกพารามิเตอร์ที่ประมาณจากข้อมูล) การทดสอบความเป็นอิสระในตาราง r × c: E = ผลรวมแถว × ผลรวมหลัก / ผลรวมทั้งหมด df = (r − 1)(c − 1) ปฏิเสธ H₀ เมื่อ χ² มากกว่าค่าวิกฤตที่ระดับ α ที่เลือก

ความถี่ที่คาดหวัง

E = 120·89/221 = 48.33

คำตอบ

E = 48.33
10.การทดสอบไคสแควร์

คำตอบ: χ² = 11.97

การทดสอบไคสแควร์: เปรียบเทียบความถี่ที่สังเกตได้ O กับความถี่ที่คาดหวังภายใต้ H₀ ด้วย χ² = Σ(O − E)²/E การทดสอบภาวะสารูปสนิทดี: E = n·p สำหรับแต่ละกลุ่ม df = k − 1 (ลบเพิ่มอีกหนึ่งต่อทุกพารามิเตอร์ที่ประมาณจากข้อมูล) การทดสอบความเป็นอิสระในตาราง r × c: E = ผลรวมแถว × ผลรวมหลัก / ผลรวมทั้งหมด df = (r − 1)(c − 1) ปฏิเสธ H₀ เมื่อ χ² มากกว่าค่าวิกฤตที่ระดับ α ที่เลือก

ความถี่ที่คาดหวัง

สายการผลิต 1: 30, 30
สายการผลิต 2: 50, 50
สายการผลิต 3: 30, 30

ค่าสถิติไคสแควร์

χ² = (41 − 30)²/30 + (19 − 30)²/30 + (46 − 50)²/50 + (54 − 50)²/50 + (23 − 30)²/30 + (37 − 30)²/30
χ² = 11.97

การตัดสินใจ

df = 2, χ²crit = 9.210
11.97 > 9.210

คำตอบ

χ² = 11.97

χ² มากกว่าค่าวิกฤต จึงปฏิเสธ H₀: ตัวแปรทั้งสองดูเหมือนมีความสัมพันธ์กัน

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-2-inference