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 bên phải z = 0,0446

Kéo z sao cho diện tích tô bóng dưới đường cong chuẩn tắc, bên phải z, bằng 0,0446. Tìm z với hai chữ số thập phân.

A = 0,0446
z =
2.Phân phối chuẩnKhó
μ = 178x = ?90%

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 90% trong số chúng nằm dưới (phân vị thứ 90).

μ = 178σ = 7P = 90%
x = cm
3.Khoảng tin cậyTrung bình
x̄E₁ = 2,399%, n = 25x̄E₂ = ?90%, n = 25

Một khoảng tin cậy 99% cho một trung bình, dựa trên 25 quan sát và σ đã biết, có sai số biên 2,3. Sai số biên E₂ của một khoảng 90% từ cùng dữ liệu là bao nhiêu?

99%n₁ = 25E₁ = 2,390%
E₂ =
4.Khoảng tin cậyKhó
p ≈ 0,1, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0395%

Một nghiên cứu thí điểm cho thấy khoảng 0,1 sản phẩm bị lỗi. Phải kiểm tra bao nhiêu sản phẩm n để khoảng tin cậy 95% cho tỉ lệ có sai số biên tối đa 0,03?

p ≈ 0,1E = 0,0395%
n =
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyTrung bình
−1,21,2p = ?

Trung bình của một tổng thể được cho là 50; độ lệch chuẩn tổng thể đã biết là 4. Một mẫu ngẫu nhiên gồm 64 quan sát có trung bình 49,4. Kiểm định H₀: μ = 50 với H₁: μ ≠ 50. Tìm giá trị p p.

μ₀ = 50σ = 4n = 64x̄ = 49,4H₁: μ ≠ μ₀
p =
6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyKhó
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 1α = 0,05βσ = 5, lực của kiểm định 95%, n = ?

Một kiểm định z một phía ở mức α = 0,05 phải phát hiện được sự dịch chuyển 1 đơn vị của trung bình với lực 95%. Độ lệch chuẩn là 5. Tìm cỡ mẫu nhỏ nhất n.

α = 0,05lực của kiểm định = 95%δ = 1σ = 5zα = 1,645zβ = 1,645
n =
7.Hồi quy tuyến tính và tương quanTrung bình
xy2124196298331041xy51010203040

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
xy16541970228125912811331125xy1520253050100ŷ = 117

Bảng cho 6 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. Với giá trị x nào thì đường thẳng dự đoán ŷ = 117?

n = 6ŷ = 117
x =
9.Kiểm định chi bình phươngTrung bình
thấptrung bìnhcaoTổngthành thị8403280nông thôn1082240Tổng184854120

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 = 1202 × 3
χ² =
10.Kiểm định chi bình phươngKhó

Kiểm định chi bình phương về mức độ phù hợp so sánh số đếm quan sát trong 8 nhóm với các tỉ lệ kỳ vọng đã xác định đầy đủ (không ước lượng tham số nào từ dữ liệu). Kiểm định có bao nhiêu bậc tự do df?

k = 8
df =

3Dung dịch

1.Phân phối chuẩn

Đáp số: z = 1,7

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 − 0,0446 = 0,9554

Đọc bảng z theo chiều ngược lại

Tìm 0,9554 bên trong bảng và đọc ra z.

z = 1,70

Đáp số

z = 1,70
2.Phân phối chuẩn

Đáp số: x = 187 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) = 0,9 → z = 1,282

Quay lại x

x = 178 + 1,282·7 = 186,97 cm

Đáp số

x = 186,97 cm
3.Khoảng tin cậy

Đáp số: E₂ = 1,469

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)·√(25/25) = 0,6386

Sai số biên mới

E₂ = 2,3·0,6386 = 1,469

Đáp số

E₂ = 1,469
4.Khoảng tin cậy

Đáp số: n = 385

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 = 1,96²·0,1·0,9/0,03² = 384,2

Làm tròn lên

n = 385

Đáp số

n = 385
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: p = 0,2301

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.

Thống kê kiểm định

SE = σ/√n = 4/√64 = 0,5
z = (49,4 − 50)/0,5 = −1,2

Diện tích đuôi

Φ(1,2) = 0,8849
1 − Φ(1,2) = 0,1151

Giá trị p

p = 2·0,1151 = 0,2301

Đáp số

p = 0,2301

p > 0,05, nên H₀ không bị bác bỏ ở mức 5%.

6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: n = 271

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 + 1,645)·5/1)² = 270,6

Làm tròn lên

n = 271

Đáp số

n = 271
7.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: r = 0,9939

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 = 134/5 = 26,8

Các tổng bình phương và tổng tích

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 144
Syy = Σ(y − ȳ)² = 524,8

Hệ số tương quan

r = 144/√(40·524,8) = 0,9939

Đáp số

r = 0,9939
8.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: x = 29,45

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 = 141/6 = 23,5
ȳ = 534/6 = 89

Các tổng bình phương và tổng tích

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 741

Đường hồi quy

b = 741/157,5 = 4,705
a = 89 − 4,705·23,5 = −21,56
ŷ = −21,56 + 4,705·x

Giải tìm x

x = (117 − (−21,56))/4,705 = 29,45

Đáp số

x = 29,45
9.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: χ² = 11,33

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

thành thị: 80·18/120 = 12, 80·48/120 = 32, 80·54/120 = 36
nông thôn: 40·18/120 = 6, 40·48/120 = 16, 40·54/120 = 18

Thống kê chi bình phương

χ² = (8 − 12)²/12 + (40 − 32)²/32 + (32 − 36)²/36 + (10 − 6)²/6 + (8 − 16)²/16 + (22 − 18)²/18
χ² = 11,33

Đáp số

χ² = 11,33

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 = 7

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 = 8 − 1 = 7

Đáp số

df = 7

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