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 = 0,9722

Kéo z sao cho diện tích tô bóng giữa −z và z dưới đường cong chuẩn tắc bằng 0,9722. Tìm z với hai chữ số thập phân.

A = 0,9722
z =
2.Phân phối chuẩnKhó
μ = 178x = ?80%

chiều cao của nam giới trưởng thành có phân phối chuẩn với trung bình 178 cm và độ lệch chuẩn 7 cm. Tìm giá trị x mà 80% trong số chúng nằm dưới (phân vị thứ 80).

μ = 178σ = 7P = 80%
x = cm
3.Khoảng tin cậyTrung bình
x̄E₁ = 7,699%, n = 100x̄E₂ = ?90%, n = 100

Một khoảng tin cậy 99% cho một trung bình, dựa trên 100 quan sát và σ đã biết, có sai số biên 7,6. Sai số biên E₂ của một khoảng 90% từ cùng dữ liệu là bao nhiêu?

99%n₁ = 100E₁ = 7,690%
E₂ =
4.Khoảng tin cậyKhó
n = 20Lσ = ?s = 2,995%

Đường kính của 20 trục gia công có độ lệch chuẩn mẫu 2,9 µm. Giả sử các đường kính tuân theo phân phối chuẩn, hãy tìm σ giới hạn trên của khoảng tin cậy 95% cho độ lệch chuẩn tổng thể. Với df = 19, 2,5% của phân phối χ² nằm dưới 8,907 và 2,5% nằm trên 32,852.

n = 20s = 2,9 µmχ² = 8,907, 32,852
σ = µm
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyTrung bình
−2,0932,093t = ?df = 19

Hai phương pháp giảng dạy được so sánh. Nhóm 1: 14 học sinh, điểm trung bình 52,5, độ lệch chuẩn 3. Nhóm 2: 7 học sinh, điểm trung bình 49,4, độ lệch chuẩn 10. Giả sử các phương sai tổng thể bằng nhau và dùng kiểm định t hai mẫu gộp. Tìm thống kê kiểm định t cho H₀: μ₁ = μ₂, lấy hiệu là x̄₁ − x̄₂ (nhóm 1 trừ nhóm 2).

n₁ = 14x̄₁ = 52,5s₁ = 3n₂ = 7x̄₂ = 49,4s₂ = 10
t =
6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyKhó
μ₀x̄c

Một kiểm định z một phía của H₀: μ = 500 với H₁: μ < 500 được thực hiện ở mức α = 0.10 với một mẫu 25; độ lệch chuẩn đã biết là 7.5. Trên thực tế trung bình là 497.3. Tìm xác suất sai lầm loại II β theo phần trăm.

μ₀ = 500μ = 497,3σ = 7,5n = 25α = 0,10
β = %
7.Hồi quy tuyến tính và tương quanTrung bình
xy126224317415511xy2410152025

Bảng cho 5 cặp quan sát của x = tuổi xe theo năm và y = giá theo nghìn €. Các tổng của chúng đã cho. Tìm hệ số tương quan Pearson r từ các tổng này.

n = 5Σx = 15Σy = 93Σx² = 55Σy² = 1887Σxy = 240
r =
8.Hồi quy tuyến tính và tương quanKhó
xy124223320420515615xy246152025ŷ = 21

Bảng cho 6 cặp quan sát của x = tuổi xe theo năm và y = giá theo nghìn €. Dùng đường thẳng bình phương tối thiểu ŷ = a + b·x. Với giá trị x nào thì đường thẳng dự đoán ŷ = 21?

n = 6ŷ = 21
x =
9.Kiểm định chi bình phươngTrung bình
hokhông hoTổngngười hút thuốc221840người không hút thuốc6931100Tổng9149140

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 = 1402 × 2
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 3 cột (không tính các tổng). Kiểm định có bao nhiêu bậc tự do df?

2 × 3
df =

3Dung dịch

1.Phân phối chuẩn

Đáp số: z = 2,2

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 + 0,9722)/2 = 0,9861

Đọc bảng z theo chiều ngược lại

Tìm 0,9861 bên trong bảng và đọc ra z.

z = 2,20

Đáp số

z = 2,20
2.Phân phối chuẩn

Đáp số: x = 183,9 cm

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) = 0,8 → z = 0,8416

Quay lại x

x = 178 + 0,8416·7 = 183,89 cm

Đáp số

x = 183,89 cm
3.Khoảng tin cậy

Đáp số: E₂ = 4,853

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Tỉ số các sai số biên

E₂/E₁ = (1,645/2,576)·√(100/100) = 0,6386

Sai số biên mới

E₂ = 7,6·0,6386 = 4,853

Đáp số

E₂ = 4,853
4.Khoảng tin cậy

Đáp số: σ = 4,236 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 = 19·2,9² = 159,8

Các giới hạn cho σ²

159,8/32,852 = 4,864
159,8/8,907 = 17,94

Giới hạn cho σ

σ = √17,94 = 4,236 µm

Đáp số

σ = 4,236 µm

Khoảng 95% cho σ: [2,205, 4,236] µm.

5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: t = 1,09

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.

Phương sai gộp

sp² = (13·3² + 6·10²)/19 = 37,74
sp = 6,143

Sai số chuẩn

SE = 6,143·√(1/14 + 1/7) = 2,844

Thống kê kiểm định

t = (52,5 − 49,4)/2,844 = 1,09

Đáp số

t = 1,09

Với df = 19, giá trị tới hạn hai phía ở mức 5% là 2,093; |t| nhỏ hơn, nên H₀ không bị bác bỏ.

6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: β = 30,22 %

Lực của một kiểm định: lực = 1 − β là xác suất bác bỏ H₀ khi nó sai. Tìm ngưỡng x̄c từ μ₀ và z_α, rồi tính xác suất rơi vượt quá x̄c bằng trung bình thật: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Trung bình mẫu tới hạn

SE = 7,5/√25 = 1,5
x̄c = 500 − 1,282·1,5 = 498,1

z theo trung bình thật

z = (498,1 − 497,3)/1,5 = 0,518

Sai lầm loại II

lực của kiểm định = P(Z < 0.518) = 69.78%
β = 100% − 69,78% = 30,22%

Đáp số

β = 30,22%
7.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: r = −0,9836

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 = 240 − 15·93/5 = −39
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 1887 − 93²/5 = 157,2

Hệ số tương quan

r = −39/√(10·157,2) = −0,9836

Đáp số

r = −0,9836
8.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: x = 2,739

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 117/6 = 19,5

Các tổng bình phương và tổng tích

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −34,5

Đường hồi quy

b = −34,5/17,5 = −1,971
a = 19,5 − (−1,971)·3,5 = 26,4
ŷ = 26,4 − 1,971·x

Giải tìm x

x = (21 − 26,4)/(−1,971) = 2,739

Đáp số

x = 2,739
9.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: χ² = 2,462

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

người hút thuốc: 40·91/140 = 26, 40·49/140 = 14
người không hút thuốc: 100·91/140 = 65, 100·49/140 = 35

Thống kê chi bình phương

χ² = (22 − 26)²/26 + (18 − 14)²/14 + (69 − 65)²/65 + (31 − 35)²/35
χ² = 2,462

Đáp số

χ² = 2,462

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: df = 2

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)·(3 − 1) = 2

Đáp số

df = 2

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