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
77,5118P = ?

điểm IQ có phân phối chuẩn với trung bình 100 điểm và độ lệch chuẩn 15 điểm. Tỉ lệ nào nằm giữa 77,5 và 118 điểm? Cho P dưới dạng số thập phân.

μ = 100σ = 15x1 = 77,5x2 = 118
P =
2.Phân phối chuẩnKhó
μ = 500x = ?5%

tuổi thọ pin có phân phối chuẩn với trung bình 500 h và độ lệch chuẩn 40 h. Tìm giá trị x mà 5% trong số chúng nằm dưới (phân vị thứ 5).

μ = 500σ = 40P = 5%
x = h
3.Khoảng tin cậyTrung bình
n = 25, s = 6L = ?Ux̄ = 18,5E90%

Một mẫu 25 phần tử có trung bình 18,5 và độ lệch chuẩn s = 6. Tổng thể xấp xỉ chuẩn. Tìm giới hạn dưới của khoảng tin cậy 90% cho giá trị trung bình.

n = 25x̄ = 18,5s = 690%t(24) = 1,711
giới hạn dưới =
4.Khoảng tin cậyKhó
σ = 30, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 595%

Độ lệch chuẩn của tổng thể là 30. Cần cỡ mẫu n lớn bao nhiêu để khoảng tin cậy 95% cho giá trị trung bình có sai số biên nhiều nhất là 5?

σ = 30E = 595%
n =
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyTrung bình
t −2,0302,03

Một mẫu 36 sinh viên có điểm trung bình 52,27 và độ lệch chuẩn mẫu 8. Tìm thống kê kiểm định t cho H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 52,27s = 8n = 36
t =
6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyKhó
−1,961,96z = ?

Trong một thử nghiệm, 113 trong 250 bệnh nhân dùng phương pháp điều trị A hồi phục, và 60 trong 120 bệnh nhân dùng phương pháp B. Dùng tỉ lệ gộp, tìm thống kê kiểm định z cho H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 113n₁ = 250x₂ = 60n₂ = 120
z =
7.Hồi quy tuyến tính và tương quanTrung bình
xy254126158211025xy5101020

Bảng cho 5 cặp quan sát của x = tải trọng theo kN và y = độ giãn theo mm. Các tổng của chúng đã cho. Tìm hệ số tương quan Pearson r từ các tổng này.

n = 5Σx = 30Σy = 78Σx² = 220Σy² = 1460Σxy = 566
r =
8.Hồi quy tuyến tính và tương quanKhó
xy247355457560666xy2465060x = 2,5

Bảng cho 5 cặp quan sát của x = số giờ học và y = điểm thi. Dùng đường thẳng bình phương tối thiểu ŷ = a + b·x. Dự đoán ŷ cho x = 2,5.

n = 5x = 2,5
ŷ =
9.Kiểm định chi bình phươngTrung bình
cải thiệnkhông cải thiệnTổngthuốc mới122840giả dược4476120Tổng56104160

Bảng tiếp liên cho các số đếm quan sát. Tính thống kê chi bình phương χ² cho kiểm định tính độc lập giữa biến hàng và biến cột. Không dùng hiệu chỉnh liên tục.

N = 1602 × 2
χ² =
10.Kiểm định chi bình phươngKhó
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Kiểm định chi bình phương về mức độ phù hợp so sánh số đếm quan sát trong 7 nhóm với các tỉ lệ kỳ vọng đã xác định đầy đủ (không ước lượng tham số nào từ dữ liệu). Dùng bảng, tìm giá trị tới hạn χ²crit tại mức ý nghĩa α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Dung dịch

1.Phân phối chuẩn

Đáp số: P = 0,8181

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 = (77,5 − 100)/15 = −1,5
z₂ = (118 − 100)/15 = 1,2

Diện tích ở giữa

P = Φ(1,2) − Φ(−1,5) = 0,8849 − 0,06681 = 0,8181

Đáp số

P = 0,8181
2.Phân phối chuẩn

Đáp số: x = 434,2 h

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 = 500 + −1,645·40 = 434,2 h

Đáp số

x = 434,2 h
3.Khoảng tin cậy

Đáp số: giới hạn dưới = 16,45

Khoảng tin cậy cho giá trị trung bình: x̄ ± sai số biên. Khi biết σ của tổng thể, sai số biên là z·σ/√n; khi chỉ có độ lệch chuẩn mẫu s, dùng t với n − 1 bậc tự do: t·s/√n. Giá trị tới hạn: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). Để có sai số biên E hoặc nhỏ hơn, cần n ≥ (z·σ/E)², làm tròn lên.

Giá trị tới hạn

df = n − 1 = 24, t = 1,711

Sai số biên

E = 1,711·6/√25 = 2,053

Khoảng

18,5 ± 2,053 → [16,45, 20,55]

Đáp số

giới hạn dưới = 16,45
4.Khoảng tin cậy

Đáp số: n = 139

Khoảng tin cậy cho giá trị trung bình: x̄ ± sai số biên. Khi biết σ của tổng thể, sai số biên là z·σ/√n; khi chỉ có độ lệch chuẩn mẫu s, dùng t với n − 1 bậc tự do: t·s/√n. Giá trị tới hạn: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). Để có sai số biên E hoặc nhỏ hơn, cần n ≥ (z·σ/E)², làm tròn lên.

Giải tìm n

n = (1,96·30/5)² = 138,3

Làm tròn lên

Cỡ mẫu là một số nguyên, và làm tròn xuống sẽ khiến sai số biên quá lớn.

n = 139

Đáp số

n = 139
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: t = 1,703

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 = 8/√36 = 8/6 = 1,333

Thống kê kiểm định

t = (52,27 − 50)/1,333 = 1,703

Đáp số

t = 1,703
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| < 2.03, nên H₀ không bị bác bỏ ở mức 5% (hai phía).

6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: z = −0,8663

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.

Các tỉ lệ mẫu

p̂₁ = 113/250 = 0,452
p̂₂ = 60/120 = 0,5
p̂ = 173/370 = 0,4676

Sai số chuẩn theo H₀

SE = √(0,4676·0,5324·(1/250 + 1/120)) = 0,05541

Thống kê kiểm định

z = (0,452 − 0,5)/0,05541 = −0,8663

Đáp số

z = −0,8663

|z| < 1.96, nên H₀ không bị bác bỏ ở mức 5% (hai phía).

7.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: r = 0,9936

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 tổng đã tâm hóa

Sxy = 566 − 30·78/5 = 98
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 1460 − 78²/5 = 243,2

Hệ số tương quan

r = 98/√(40·243,2) = 0,9936

Đáp số

r = 0,9936
8.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: ŷ = 50,55

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 = 20/5 = 4
ȳ = 285/5 = 57

Các tổng bình phương và tổng tích

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 43

Đường hồi quy

b = 43/10 = 4,3
a = 57 − 4,3·4 = 39,8
ŷ = 39,8 + 4,3·x

Dự đoán

ŷ = 39,8 + 4,3·2,5 = 50,55

Đáp số

ŷ = 50,55
9.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: χ² = 0,5861

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

thuốc mới: 40·56/160 = 14, 40·104/160 = 26
giả dược: 120·56/160 = 42, 120·104/160 = 78

Thống kê chi bình phương

χ² = (12 − 14)²/14 + (28 − 26)²/26 + (44 − 42)²/42 + (76 − 78)²/78
χ² = 0,5861

Đáp số

χ² = 0,5861

df = 1. Tại α = 0,05, giá trị tới hạn là 3,841, nên H₀ (tính độc lập) không bị bác bỏ.

10.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: χ²crit = 12,59

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.

Bậc tự do

df = 7 − 1 = 6

Bảng

χ²crit(df = 6, α = 0,05) = 12,592

Đáp số

χ²crit = 12,592

Bác bỏ H₀ nếu χ² tính được lớn hơn giá trị này.

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