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 = 0,1112

Kéo z sao cho diện tích tô bóng dưới đường cong chuẩn tắc, bên phải z, bằng 0,1112. Tìm z với hai chữ số thập phân.

A = 0,1112
z =
2.Phân phối chuẩnKhó
157164171178185192199cmdưới 10%

chiều cao của nam giới trưởng thành tuân theo phân phối chuẩn với giá trị trung bình 178 cm và độ lệch chuẩn 7 cm. Kéo ngưỡng sao cho 10% thấp nhất được tô bóng nằm bên trái nó. Tìm ngưỡng x.

μ = 178 cmσ = 7 cm10%
x = cm
3.Khoảng tin cậyTrung bình
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?95%

Thời lượng pin của hai mẫu điện thoại được so sánh. Mẫu 1: 50 điện thoại, trung bình 81 h, độ lệch chuẩn đã biết 6 h. Mẫu 2: 80 điện thoại, trung bình 91,5 h, độ lệch chuẩn đã biết 9 h. Tìm sai số biên E của khoảng tin cậy 95% cho μ₁ − μ₂.

n₁ = 50x̄₁ = 81 hσ₁ = 6 hn₂ = 80x̄₂ = 91,5 hσ₂ = 9 h95%
E = h
4.Khoảng tin cậyKhó
μ₁ − μ₂, t(12) = 1,7820LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

Hai loại phân bón được thử nghiệm. Nhóm ô 1: 8 ô, năng suất trung bình 92,5 kg, độ lệch chuẩn 3,5 kg. Nhóm ô 2: 6 ô, trung bình 90 kg, độ lệch chuẩn 4 kg. Giả sử các phương sai bằng nhau (t gộp, df = n₁ + n₂ − 2). Tìm sai số biên E của khoảng tin cậy 90% cho μ₁ − μ₂.

n₁ = 8x̄₁ = 92,5s₁ = 3,5n₂ = 6x̄₂ = 90s₂ = 490%t(12) = 1,782
E = 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 40 chi tiết có chiều dài trung bình 52 mm, và độ lệch chuẩn đã biết của dây chuyền là 20 mm. Dây chuyền 2: một mẫu 100 chi tiết có trung bình 61,5 mm, độ lệch chuẩn đã biết 8 mm. Tìm thống kê kiểm định z cho H₀: μ₁ = μ₂, lấy hiệu là x̄₁ − x̄₂ (dây chuyền 1 trừ dây chuyền 2).

n₁ = 40x̄₁ = 52 mmσ₁ = 20 mmn₂ = 100x̄₂ = 61,5 mmσ₂ = 8 mm
z =
6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậyKhó
z −1,9601,96

Một mẫu 25 phép đo có trung bình 495,4. Độ lệch chuẩn của tổng thể là 8. Tìm giới hạn trên U của khoảng tin cậy 95% cho giá trị trung bình.

x̄ = 495,4σ = 8n = 2595%
U =
7.Hồi quy tuyến tính và tương quanTrung bình
xy14461646186220582279xy15206080

Bảng cho 5 cặp quan sát của x = nhiệt độ theo °C và y = số kem bán được. Các tổng của chúng đã cho. Tìm hệ số tương quan Pearson r từ các tổng này.

n = 5Σx = 90Σy = 291Σx² = 1660Σy² = 17681Σxy = 5394
r =
8.Hồi quy tuyến tính và tương quanKhó
xy16421963227325832886xy2025406080ŷ = 64

Bảng cho 5 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 = 64?

n = 5ŷ = 64
x =
9.Kiểm định chi bình phươngTrung bình
thấptrung bìnhcaoTổngthành thị31203889nông thôn22161755Tổng533655144

Bảng tiếp liên cho các số đếm quan sát. Với kiểm định chi bình phương về tính độc lập, hãy tìm số đếm kỳ vọng E cho ô “thành thị, trung bình”.

tổng hàng = 89tổng cột = 36N = 144
E =
10.Kiểm định chi bình phươngKhó
cókhôngTổngtuổi 18–30582280tuổi 31–50532780tuổi 51+8416100Tổng19565260dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Bảng cho các số đếm quan sát. Kiểm tra tại α = 0,05 xem hai biến có độc lập hay không (không hiệu chỉnh liên tục). Tính thống kê kiểm định χ², rồi so sánh với giá trị tới hạn trong bảng.

N = 2603 × 2α = 0,05
χ² =

3Dung dịch

1.Phân phối chuẩn

Đáp số: z = 1,22

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 − 0,1112 = 0,8888

Đọc bảng z theo chiều ngược lại

Tìm 0,8888 bên trong bảng và đọc ra z.

z = 1,22

Đáp số

z = 1,22
2.Phân phối chuẩn

Đáp số: x = 169 cm

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) = 0,1

z từ bảng

z ≈ −1,28

Trở lại đơn vị ban đầu

x = 178 − 1,28·7 = 169 cm

Đáp số

x = 169 cm
3.Khoảng tin cậy

Đáp số: E = 2,58 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 = 81 − 91,5 = −10,5

Sai số chuẩn

SE = √(6²/50 + 9²/80) = 1,316

Sai số biên

E = 1,96·1,316 = 2,58

Đáp số

E = 2,58 h

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

4.Khoảng tin cậy

Đáp số: E = 3,577 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 = (7·3,5² + 5·4²)/12 = 13,81
sp = 3,717

Sai số biên

E = 1,782·3,717·√(1/8 + 1/6) = 3,577

Đáp số

E = 3,577 kg
5.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: z = −2,912

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 = √(20²/40 + 8²/100) = √10,64 = 3,262

Thống kê kiểm định

z = (52 − 61,5)/3,262 = −2,912

Đáp số

z = −2,912

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

6.Kiểm định giả thuyết và khoảng tin cậy

Đáp số: U = 498,5

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 biên

E = 1,96·8/√25 = 3,136

Giới hạn của khoảng

U = 495,4 + 3,136 = 498,5

Đáp số

U = 498,5
7.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: r = 0,9038

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 = 5394 − 90·291/5 = 156
Sxx = 1660 − 90²/5 = 40
Syy = 17681 − 291²/5 = 744,8

Hệ số tương quan

r = 156/√(40·744,8) = 0,9038

Đáp số

r = 0,9038
8.Hồi quy tuyến tính và tương quan

Đáp số: x = 20,5

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 = 110/5 = 22
ȳ = 347/5 = 69,4

Các tổng bình phương và tổng tích

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 324

Đường hồi quy

b = 324/90 = 3,6
a = 69,4 − 3,6·22 = −9,8
ŷ = −9,8 + 3,6·x

Giải tìm x

x = (64 − (−9,8))/3,6 = 20,5

Đáp số

x = 20,5
9.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: E = 22,25

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

E = 89·36/144 = 22,25

Đáp số

E = 22,25
10.Kiểm định chi bình phương

Đáp số: χ² = 7,853

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

tuổi 18–30: 60, 20
tuổi 31–50: 60, 20
tuổi 51+: 75, 25

Thống kê chi bình phương

χ² = (58 − 60)²/60 + (22 − 20)²/20 + (53 − 60)²/60 + (27 − 20)²/20 + (84 − 75)²/75 + (16 − 25)²/25
χ² = 7,853

Quyết định

df = 2, χ²crit = 5,991
7,853 > 5,991

Đáp số

χ² = 7,853

χ² lớn hơn giá trị tới hạn, nên H₀ bị bác bỏ: hai biến có vẻ liên quan với nhau.

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