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
−3−2−10123zvùng tô bóng giữa −z và z = 0,4778

Kéo z sao cho diện tích tô bóng giữa −z và z dưới đường cong chuẩn tắc bằng 0,4778. Tìm z với hai chữ số thập phân.

A = 0,4778
z =
2.Phân phối chuẩnKhó
380420460500540580620hdưới 25%

tuổi thọ pin tuân theo phân phối chuẩn với giá trị trung bình 500 h và độ lệch chuẩn 40 h. Kéo ngưỡng sao cho 25% thấp nhất được tô bóng nằm bên trái nó. Tìm ngưỡng x.

μ = 500 hσ = 40 h25%
x = h
3.Khoảng tin cậyTrung bình
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Thời lượng pin của hai mẫu điện thoại được so sánh. Mẫu 1: 100 điện thoại, trung bình 68,5 h, độ lệch chuẩn đã biết 17 h. Mẫu 2: 60 điện thoại, trung bình 56 h, độ lệch chuẩn đã biết 5 h. Tìm giới hạn dưới của khoảng tin cậy 99% cho μ₁ − μ₂.

n₁ = 100x̄₁ = 68,5 hσ₁ = 17 hn₂ = 60x̄₂ = 56 hσ₂ = 5 h99%
giới hạn dưới = h
4.Khoảng tin cậyKhó
p ≈ 0,2, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0599%

Một nghiên cứu thí điểm cho thấy khoảng 0,2 sản phẩm bị lỗi. Phải kiểm tra bao nhiêu sản phẩm n để khoảng tin cậy 99% cho tỉ lệ có sai số biên tối đa 0,05?

p ≈ 0,2E = 0,0599%
n =
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyTrung bình
t −1,98401,984

Một mẫu 100 sinh viên có điểm trung bình 120,3 và độ lệch chuẩn mẫu 5. Tìm thống kê kiểm định t cho H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 120,3s = 5n = 100
t =
6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyKhó
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2α = 0,05βσ = 18, lực của kiểm định 90%, n = ?

Một kiểm định z một phía ở mức α = 0,05 phải phát hiện được sự dịch chuyển 2 đơn vị của trung bình với lực 90%. Độ lệch chuẩn là 18. Tìm cỡ mẫu nhỏ nhất n.

α = 0,05lực của kiểm định = 90%δ = 2σ = 18zα = 1,645zβ = 1,282
n =
7.Hồi quy tuyến tính và tương quanTrung bình
xy249346454552658xy2465055

Bảng cho 5 cặp quan sát của x = số giờ học và y = điểm thi. Các tổng của chúng đã cho. Tìm hệ số tương quan Pearson r từ các tổng này.

n = 5Σx = 20Σy = 259Σx² = 90Σy² = 13501Σxy = 1060
r =
8.Hồi quy tuyến tính và tương quanKhó
xy1303355457549611174xy5104060ŷ = 51

Bảng cho 6 cặp quan sát của x = chi phí quảng cáo theo nghìn € và y = doanh số theo nghìn €. Dùng đường thẳng bình phương tối thiểu ŷ = a + b·x. Với giá trị x nào thì đường thẳng dự đoán ŷ = 51?

n = 6ŷ = 51
x =
9.Kiểm định chi bình phươngTrung bình
không lỗinhẹnặngTổngca ngày284349120ca đêm382339100Tổng666688220

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 = 2202 × 3
χ² =
10.Kiểm định chi bình phươngKhó

Kiểm định chi bình phương về tính độc lập được thực hiện trên bảng tiếp liên có 2 hàng và 5 cột (không tính các tổng). Kiểm định có bao nhiêu bậc tự do df?

2 × 5
df =

3Dung dịch

1.Phân phối chuẩn

Đáp số: z = 0,64

Từ diện tích trở lại z: Φ(z) là diện tích bên trái z. Với diện tích đuôi trái A, tìm z sao cho Φ(z) = A trong bảng. Diện tích đuôi phải A nghĩa là Φ(z) = 1 − A. Diện tích ở giữa A nằm giữa −z và z để lại (1 − A)/2 ở mỗi đuôi, nên Φ(z) = (1 + A)/2. Với một giá trị x, dùng x = μ + zσ.

Diện tích bên trái z

Φ(z) = (1 + 0,4778)/2 = 0,7389

Đọc bảng z theo chiều ngược lại

Tìm 0,7389 bên trong bảng và đọc ra z.

z = 0,64

Đáp số

z = 0,64
2.Phân phối chuẩn

Đáp số: x = 473 h

Từ diện tích trở lại z: Φ(z) là diện tích bên trái z. Với diện tích đuôi trái A, tìm z sao cho Φ(z) = A trong bảng. Diện tích đuôi phải A nghĩa là Φ(z) = 1 − A. Diện tích ở giữa A nằm giữa −z và z để lại (1 − A)/2 ở mỗi đuôi, nên Φ(z) = (1 + A)/2. Với một giá trị x, dùng x = μ + zσ.

Diện tích bên trái

Φ(z) = 0,25

z từ bảng

z ≈ −0,67

Trở lại đơn vị ban đầu

x = 500 − 0,67·40 = 473 h

Đáp số

x = 473 h
3.Khoảng tin cậy

Đáp số: giới hạn dưới = 7,816 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 = 68,5 − 56 = 12,5

Sai số chuẩn

SE = √(17²/100 + 5²/60) = 1,818

Sai số biên

E = 2,576·1,818 = 4,684

Khoảng

12,5 ± 4,684 → [7,816, 17,18]

Đáp số

giới hạn dưới = 7,816 h

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

4.Khoảng tin cậy

Đáp số: n = 425

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Giải tìm n

n = 2,576²·0,2·0,8/0,05² = 424,7

Làm tròn lên

n = 425

Đáp số

n = 425
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: t = 0,6

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 = 5/√100 = 5/10 = 0,5

Thống kê kiểm định

t = (120,3 − 120)/0,5 = 0,6

Đáp số

t = 0,6
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| < 1.984, nên H₀ không bị bác bỏ ở mức 5% (hai phía).

6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: n = 694

Cỡ mẫu cho một kiểm định: để phát hiện sự dịch chuyển thật δ với lực 1 − β trong kiểm định z một phía ở mức α, sai số chuẩn phải thỏa δ = (z_α + z_β)·σ/√n, nên n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², làm tròn lên.

Giải tìm n

n = ((1,645 + 1,282)·18/2)² = 694

Làm tròn lên

n = 694

Đáp số

n = 694
7.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: r = 0,8242

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 = 1060 − 20·259/5 = 24
Sxx = 90 − 20²/5 = 10
Syy = 13501 − 259²/5 = 84,8

Hệ số tương quan

r = 24/√(10·84,8) = 0,8242

Đáp số

r = 0,8242
8.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: x = 6,266

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 = 36/6 = 6
ȳ = 299/6 = 49,83

Các tổng bình phương và tổng tích

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 307

Đường hồi quy

b = 307/70 = 4,386
a = 49,83 − 4,386·6 = 23,52
ŷ = 23,52 + 4,386·x

Giải tìm x

x = (51 − 23,52)/4,386 = 6,266

Đáp số

x = 6,266
9.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: χ² = 6,951

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

ca ngày: 120·66/220 = 36, 120·66/220 = 36, 120·88/220 = 48
ca đêm: 100·66/220 = 30, 100·66/220 = 30, 100·88/220 = 40

Thống kê chi bình phương

χ² = (28 − 36)²/36 + (43 − 36)²/36 + (49 − 48)²/48 + (38 − 30)²/30 + (23 − 30)²/30 + (39 − 40)²/40
χ² = 6,951

Đáp số

χ² = 6,951

df = 2. Tại α = 0,05, giá trị tới hạn là 5,991, nên H₀ (tính độc lập) bị bác bỏ.

10.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: df = 4

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 = (2 − 1)·(5 − 1) = 4

Đáp số

df = 4

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