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
6077,5P = ?

điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 65 điểm và độ lệch chuẩn 10 điểm. Tỉ lệ nào nằm giữa 60 và 77,5 điểm? Cho P dưới dạng số thập phân.

μ = 65σ = 10x1 = 60x2 = 77,5
P =
2.Phân phối chuẩnKhó
μ = 32x = ?97,5%

thời gian giao hàng có phân phối chuẩn với trung bình 32 min và độ lệch chuẩn 6 min. Tìm giá trị x mà 97,5% trong số chúng nằm dưới (phân vị thứ 97,5).

μ = 32σ = 6P = 97,5%
x = min
3.Khoảng tin cậyTrung bình
n = 9, sd​ = 0,90LUd̄ = 0,7E = ?90%

Huyết áp của 9 bệnh nhân được đo trước và sau một đợt điều trị. Các hiệu d = trước − sau (mmHg) có trung bình 0,7 và độ lệch chuẩn 0,9. Tìm sai số biên E của khoảng tin cậy 90% cho hiệu trung bình.

n = 9d̄ = 0,7sd = 0,990%t(8) = 1,86
E = mmHg
4.Khoảng tin cậyKhó
μ₁ − μ₂, t(15) = 2,9470LU = ?x̄₁ − x̄₂E99%

Hai loại phân bón được thử nghiệm. Nhóm ô 1: 10 ô, năng suất trung bình 23 kg, độ lệch chuẩn 2,5 kg. Nhóm ô 2: 7 ô, trung bình 11 kg, độ lệch chuẩn 9 kg. Giả sử các phương sai bằng nhau (t gộp, df = n₁ + n₂ − 2). Tìm giới hạn trên của khoảng tin cậy 99% cho μ₁ − μ₂.

n₁ = 10x̄₁ = 23s₁ = 2,5n₂ = 7x̄₂ = 11s₂ = 999%t(15) = 2,947
giới hạn trên = kg
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyTrung bình
−1,961,96z = ?

Hai dây chuyền sản xuất cùng một chi tiết. Dây chuyền 1: một mẫu 100 chi tiết có chiều dài trung bình 67,5 mm, và độ lệch chuẩn đã biết của dây chuyền là 19 mm. Dây chuyền 2: một mẫu 50 chi tiết có trung bình 71,9 mm, độ lệch chuẩn đã biết 4 mm. Tìm thống kê kiểm định z cho H₀: μ₁ = μ₂, lấy hiệu là x̄₁ − x̄₂ (dây chuyền 1 trừ dây chuyền 2).

n₁ = 100x̄₁ = 67,5 mmσ₁ = 19 mmn₂ = 50x̄₂ = 71,9 mmσ₂ = 4 mm
z =
6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyKhó
μ₀x̄c

Một kiểm định z một phía của H₀: μ = 50 với H₁: μ < 50 được thực hiện ở mức α = 0.10 với một mẫu 36; độ lệch chuẩn đã biết là 6. Trên thực tế trung bình là 47.9. Tìm xác suất sai lầm loại II β theo phần trăm.

μ₀ = 50μ = 47,9σ = 6n = 36α = 0,10
β = %
7.Hồi quy tuyến tính và tương quanTrung bình
xy33053774694411541356xy510304050

Bảng cho 6 cặp quan sát của x = chi phí quảng cáo theo nghìn € và y = doanh số theo nghìn €. Tìm hệ số tương quan Pearson r.

n = 6
r =
8.Hồi quy tuyến tính và tương quanKhó
xy249350457561668xy246506070x = 2,5

Bảng cho 5 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. Một quan sát mới (2,5, 45) được ghi nhận. Tìm sai số dư e = y − ŷ.

n = 5(2,5, 45)
e =
9.Kiểm định chi bình phươngTrung bình
xe buýtxe đạpô tôTổngsinh viên8173560nhân viên12131540Tổng203050100

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 = 1002 × 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 9 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 = 9
df =

3Dung dịch

1.Phân phối chuẩn

Đáp số: P = 0,5858

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 = (60 − 65)/10 = −0,5
z₂ = (77,5 − 65)/10 = 1,25

Diện tích ở giữa

P = Φ(1,25) − Φ(−0,5) = 0,8944 − 0,3085 = 0,5858

Đáp số

P = 0,5858
2.Phân phối chuẩn

Đáp số: x = 43,76 min

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) = 0,975 → z = 1,96

Quay lại x

x = 32 + 1,96·6 = 43,76 min

Đáp số

x = 43,76 min
3.Khoảng tin cậy

Đáp số: E = 0,558 mmHg

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.

Giá trị tới hạn

df = 8, t = 1,86

Sai số biên

E = 1,86·0,9/√9 = 0,558

Đáp số

E = 0,558 mmHg
4.Khoảng tin cậy

Đáp số: giới hạn trên = 20,73 kg

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.

Độ lệch chuẩn gộp

sp² = (9·2,5² + 6·9²)/15 = 36,15
sp = 6,012

Sai số biên

E = 2,947·6,012·√(1/10 + 1/7) = 8,732

Khoảng

12 ± 8,732 → [3,268, 20,73]

Đáp số

giới hạn trên = 20,73 kg
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: z = −2,22

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.

Sai số chuẩn của hiệu

SE = √(19²/100 + 4²/50) = √3,93 = 1,982

Thống kê kiểm định

z = (67,5 − 71,9)/1,982 = −2,22

Đáp số

z = −2,22

|z| > 1,96, nên H₀ bị bác bỏ ở mức 5% (hai phía).

6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: β = 20,67 %

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 = 6/√36 = 1
x̄c = 50 − 1,282·1 = 48,72

z theo trung bình thật

z = (48,72 − 47,9)/1 = 0,818

Sai lầm loại II

lực của kiểm định = P(Z < 0.818) = 79.33%
β = 100% − 79,33% = 20,67%

Đáp số

β = 20,67%
7.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: r = 0,965

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 = 48/6 = 8
ȳ = 267/6 = 44,5

Các tổng bình phương và tổng tích

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 179
Syy = Σ(y − ȳ)² = 491,5

Hệ số tương quan

r = 179/√(70·491,5) = 0,965

Đáp số

r = 0,965
8.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: e = −4,65

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) = 49

Đường hồi quy

b = 49/10 = 4,9
a = 57 − 4,9·4 = 37,4
ŷ = 37,4 + 4,9·x

Giá trị dự đoán

ŷ = 37,4 + 4,9·2,5 = 49,65

Phần dư

e = 45 − 49,65 = −4,65

Đáp số

e = −4,65

Điểm nằm phía dưới đường thẳng.

9.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: χ² = 5,556

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

sinh viên: 60·20/100 = 12, 60·30/100 = 18, 60·50/100 = 30
nhân viên: 40·20/100 = 8, 40·30/100 = 12, 40·50/100 = 20

Thống kê chi bình phương

χ² = (8 − 12)²/12 + (17 − 18)²/18 + (35 − 30)²/30 + (12 − 8)²/8 + (13 − 12)²/12 + (15 − 20)²/20
χ² = 5,556

Đáp số

χ² = 5,556

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

10.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: df = 8

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 = 9 − 1 = 8

Đáp số

df = 8

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