Thống kê 2: Suy diễn thống kê: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 10 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mớiQuay lại môn học

Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.

1Công thức và phương pháp

Phân phối chuẩn

Điểm z
z = (x − μ)/σ
Dưới x
P(X < x) = Φ(z)
Trên x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Giữa
Φ(z2) − Φ(z1)
Phân vị
x = μ + z·σ

Phương pháp

  1. Đổi giá trị sang điểm z: z = (x − μ)/σ.
  2. Tra Φ(z), diện tích bên trái z.
  3. Với diện tích bên phải dùng 1 − Φ(z); với một khoảng thì trừ hai diện tích bên trái.
  4. Với phân vị, làm ngược lại: tìm z cho diện tích, rồi x = μ + z·σ.

Khoảng tin cậy

biết σ
x̄ ± z·σ/√n
chưa biết σ
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z tới hạn
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Cỡ mẫu
n = (z·σ/E)², rounded up

Phương pháp

  1. Quyết định giữa z (biết σ của tổng thể) và t (chỉ có s của mẫu, với n − 1 bậc tự do).
  2. Tìm giá trị tới hạn cho mức tin cậy.
  3. Sai số biên: E = giá trị tới hạn × độ lệch chuẩn/√n.
  4. Khoảng: x̄ ± E.

Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Kiểm định z cho giá trị trung bình
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Kiểm định t cho giá trị trung bình
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Hai phía ở mức 5%
bác bỏ H0 nếu |z| > 1,96
Khoảng tin cậy
x̄ ± z·σ/√n

Phương pháp

  1. Nêu H₀ và H₁ và quyết định kiểm định một phía hay hai phía.
  2. Tính thống kê kiểm định: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), hoặc với s và t.
  3. So sánh với giá trị tới hạn, hoặc tìm giá trị p.
  4. Bác bỏ H₀ nếu thống kê vượt quá giá trị tới hạn (p dưới α), và nêu kết luận bằng lời.

Hồi quy tuyến tính và tương quan

Tổng bình phương
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Hệ số góc
b = Sxy/Sxx
Hệ số chặn
a = ȳ − b·x̄
Tương quan
r = Sxy/√(SxxSyy)
Phần dư
e = y − ŷ

Kiểm định chi bình phương

Thống kê kiểm định
χ² = Σ(O − E)²/E
Độ phù hợp
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
Tính độc lập
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
Giá trị tới hạn (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
Quyết định
bác bỏ H0 nếu χ² > χ²crit

2Bài tập

1.Phân phối chuẩnTrung bình
76,75122,5P = ?

điểm IQ có phân phối chuẩn với trung bình 100 điểm và độ lệch chuẩn 15 điểm. Tỉ lệ nào nằm giữa 76,75 và 122,5 điểm? Cho P dưới dạng số thập phân.

μ = 100σ = 15x1 = 76,75x2 = 122,5
P =
2.Phân phối chuẩnKhó
μ = 100x = ?5%

điểm IQ có phân phối chuẩn với trung bình 100 điểm và độ lệch chuẩn 15 điểm. Tìm giá trị x mà 5% trong số chúng nằm dưới (phân vị thứ 5).

μ = 100σ = 15P = 5%
x = điểm
3.Khoảng tin cậyTrung bình
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?95%

Thời lượng pin của hai mẫu điện thoại được so sánh. Mẫu 1: 60 điện thoại, trung bình 87,5 h, độ lệch chuẩn đã biết 7 h. Mẫu 2: 60 điện thoại, trung bình 83 h, độ lệch chuẩn đã biết 11 h. Tìm sai số biên E của khoảng tin cậy 95% cho μ₁ − μ₂.

n₁ = 60x̄₁ = 87,5 hσ₁ = 7 hn₂ = 60x̄₂ = 83 hσ₂ = 11 h95%
E = h
4.Khoảng tin cậyKhó
n = 30σ = ?Us = 1,795%

Đường kính của 30 trục gia công có độ lệch chuẩn mẫu 1,7 µm. Giả sử các đường kính tuân theo phân phối chuẩn, hãy tìm σ giới hạn dưới của khoảng tin cậy 95% cho độ lệch chuẩn tổng thể. Với df = 29, 2,5% của phân phối χ² nằm dưới 16,047 và 2,5% nằm trên 45,722.

n = 30s = 1,7 µmχ² = 16,047, 45,722
σ = µm
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyTrung bình
t −1,98401,984

Một mẫu 100 sinh viên có điểm trung bình 121,2 và độ lệch chuẩn mẫu 4. Tìm thống kê kiểm định t cho H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 121,2s = 4n = 100
t =
6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyKhó
z −1,9601,96

Một mẫu 81 phép đo có trung bình 98,8. Độ lệch chuẩn của tổng thể là 10. Tìm giới hạn dưới L của khoảng tin cậy 95% cho giá trị trung bình.

x̄ = 98,8σ = 10n = 8195%
L =
7.Hồi quy tuyến tính và tương quanTrung bình
xy254106198261028xy510102030

Bảng cho 5 cặp quan sát của x = tải trọng theo kN và y = độ giãn theo mm. Tìm hệ số tương quan Pearson r.

n = 5
r =
8.Hồi quy tuyến tính và tương quanKhó
xy18422049226324672674xy202540506070x = 21

Bảng cho 5 cặp quan sát của x = nhiệt độ theo °C và y = số kem bán được. Dùng đường thẳng bình phương tối thiểu ŷ = a + b·x. Dự đoán ŷ cho x = 21.

n = 5x = 21
ŷ =
9.Kiểm định chi bình phươngTrung bình
không lỗinhẹnặngTổngca ngày29322485ca đêm26283387Tổng556057172

Bảng tiếp liên cho các số đếm quan sát. Với kiểm định chi bình phương về tính độc lập, hãy tìm số đếm kỳ vọng E cho ô “ca ngày, nặng”.

tổng hàng = 85tổng cột = 57N = 172
E =
10.Kiểm định chi bình phươngKhó
đạtkhông đạtTổngtuổi 18–306931100tuổi 31–50572380tuổi 51+184260Tổng14496240dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Bảng cho các số đếm quan sát. Kiểm tra tại α = 0,05 xem hai biến có độc lập hay không (không hiệu chỉnh liên tục). Tính thống kê kiểm định χ², rồi so sánh với giá trị tới hạn trong bảng.

N = 2403 × 2α = 0,05
χ² =

3Dung dịch

1.Phân phối chuẩn

Đáp số: P = 0,8726

Phân phối chuẩn: đổi một giá trị x sang điểm z, z = (x − μ)/σ, đếm số độ lệch chuẩn tính từ giá trị trung bình. Bảng z (hay Φ(z)) cho diện tích bên trái z, tức là P(X < x). Diện tích bên phải là 1 − Φ(z), và diện tích giữa hai giá trị là hiệu của hai diện tích đó.

điểm z

z₁ = (76,75 − 100)/15 = −1,55
z₂ = (122,5 − 100)/15 = 1,5

Diện tích ở giữa

P = Φ(1,5) − Φ(−1,55) = 0,9332 − 0,06057 = 0,8726

Đáp số

P = 0,8726
2.Phân phối chuẩn

Đáp số: x = 75,33 điểm

Phân phối chuẩn: đổi một giá trị x sang điểm z, z = (x − μ)/σ, đếm số độ lệch chuẩn tính từ giá trị trung bình. Bảng z (hay Φ(z)) cho diện tích bên trái z, tức là P(X < x). Diện tích bên phải là 1 − Φ(z), và diện tích giữa hai giá trị là hiệu của hai diện tích đó.

z của phân vị

Φ(z) = 0,05 → z = −1,645

Quay lại x

x = 100 + −1,645·15 = 75,33 điểm

Đáp số

x = 75,33 điểm
3.Khoảng tin cậy

Đáp số: E = 3,299 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.

Ước lượng điểm

x̄₁ − x̄₂ = 87,5 − 83 = 4,5

Sai số chuẩn

SE = √(7²/60 + 11²/60) = 1,683

Sai số biên

E = 1,96·1,683 = 3,299

Đáp số

E = 3,299 h

Khoảng không chứa 0, nên các trung bình khác nhau có ý nghĩa.

4.Khoảng tin cậy

Đáp số: σ = 1,354 µm

Khoảng cho một phương sai: (n − 1)s²/σ² có phân phối χ² với n − 1 bậc tự do. Khoảng 95% cho σ² chạy từ (n − 1)s² chia cho giá trị χ² trên (2,5% nằm trên nó) đến (n − 1)s² chia cho giá trị χ² dưới (2,5% nằm dưới nó); khoảng cho σ là căn bậc hai của cả hai giới hạn. Nó không đối xứng quanh s.

Tổng bình phương

(n − 1)s² = 29·1,7² = 83,81

Các giới hạn cho σ²

83,81/45,722 = 1,833
83,81/16,047 = 5,223

Giới hạn cho σ

σ = √1,833 = 1,354 µm

Đáp số

σ = 1,354 µm

Khoảng 95% cho σ: [1,354, 2,285] µm.

5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: t = 3

Kiểm định giá trị trung bình: thống kê kiểm định đo xem trung bình mẫu cách giá trị nêu trong H₀ bao nhiêu sai số chuẩn: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) khi biết σ, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) khi nó được ước lượng từ mẫu. Khoảng tin cậy là x̄ ± (giá trị tới hạn)·(sai số chuẩn).

Sai số chuẩn

SE = 4/√100 = 4/10 = 0,4

Thống kê kiểm định

t = (121,2 − 120)/0,4 = 3

Đáp số

t = 3
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| > 1,984, nên H₀ bị bác bỏ ở mức 5% (hai phía).

6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: L = 96,62

Kiểm định giá trị trung bình: thống kê kiểm định đo xem trung bình mẫu cách giá trị nêu trong H₀ bao nhiêu sai số chuẩn: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) khi biết σ, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) khi nó được ước lượng từ mẫu. Khoảng tin cậy là x̄ ± (giá trị tới hạn)·(sai số chuẩn).

Sai số biên

E = 1,96·10/√81 = 2,178

Giới hạn của khoảng

L = 98,8 − 2,178 = 96,62

Đáp số

L = 96,62
7.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: r = 0,9838

Hồi quy bình phương tối thiểu: với x̄ và ȳ là các giá trị trung bình, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² và Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), đường thẳng ŷ = a + b·x có hệ số góc b = Sxy/Sxx và hệ số chặn a = ȳ − b·x̄, nên luôn đi qua (x̄, ȳ). Hệ số tương quan Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) nằm trong khoảng từ −1 đến 1; r² là tỉ lệ biến thiên của y được giải thích bởi đường thẳng.

Các giá trị trung bình

x̄ = 30/5 = 6
ȳ = 88/5 = 17,6

Các tổng bình phương và tổng tích

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 124
Syy = Σ(y − ȳ)² = 397,2

Hệ số tương quan

r = 124/√(40·397,2) = 0,9838

Đáp số

r = 0,9838
8.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: ŷ = 54,9

Hồi quy bình phương tối thiểu: với x̄ và ȳ là các giá trị trung bình, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² và Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), đường thẳng ŷ = a + b·x có hệ số góc b = Sxy/Sxx và hệ số chặn a = ȳ − b·x̄, nên luôn đi qua (x̄, ȳ). Hệ số tương quan Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) nằm trong khoảng từ −1 đến 1; r² là tỉ lệ biến thiên của y được giải thích bởi đường thẳng.

Các giá trị trung bình

x̄ = 110/5 = 22
ȳ = 295/5 = 59

Các tổng bình phương và tổng tích

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 164

Đường hồi quy

b = 164/40 = 4,1
a = 59 − 4,1·22 = −31,2
ŷ = −31,2 + 4,1·x

Dự đoán

ŷ = −31,2 + 4,1·21 = 54,9

Đáp số

ŷ = 54,9
9.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: E = 28,17

Kiểm định chi bình phương: so sánh số đếm quan sát O với số đếm kỳ vọng E theo H₀ bằng χ² = Σ(O − E)²/E. Kiểm định mức độ phù hợp: E = n·p cho mỗi nhóm, df = k − 1 (trừ thêm một cho mỗi tham số ước lượng từ dữ liệu). Kiểm định tính độc lập trong bảng r × c: E = tổng hàng × tổng cột / tổng chung, df = (r − 1)(c − 1). Bác bỏ H₀ khi χ² lớn hơn giá trị tới hạn ứng với α đã chọn.

Số đếm kỳ vọng

E = 85·57/172 = 28,17

Đáp số

E = 28,17
10.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: χ² = 30,09

Kiểm định chi bình phương: so sánh số đếm quan sát O với số đếm kỳ vọng E theo H₀ bằng χ² = Σ(O − E)²/E. Kiểm định mức độ phù hợp: E = n·p cho mỗi nhóm, df = k − 1 (trừ thêm một cho mỗi tham số ước lượng từ dữ liệu). Kiểm định tính độc lập trong bảng r × c: E = tổng hàng × tổng cột / tổng chung, df = (r − 1)(c − 1). Bác bỏ H₀ khi χ² lớn hơn giá trị tới hạn ứng với α đã chọn.

Số đếm kỳ vọng

tuổi 18–30: 60, 40
tuổi 31–50: 48, 32
tuổi 51+: 36, 24

Thống kê chi bình phương

χ² = (69 − 60)²/60 + (31 − 40)²/40 + (57 − 48)²/48 + (23 − 32)²/32 + (18 − 36)²/36 + (42 − 24)²/24
χ² = 30,09

Quyết định

df = 2, χ²crit = 5,991
30,09 > 5,991

Đáp số

χ² = 30,09

χ² lớn hơn giá trị tới hạn, nên H₀ bị bác bỏ: hai biến có vẻ liên quan với nhau.

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