109 身心障礙特考三等 經建行政 統計學 考古題詳解

109 年・身心障礙特考・三等・經建行政
試題代碼 統計學

第 一 題25 分

研究人員發現,患有心臟病的人中有 86%86\% 的人有牙周病,而健康的人中只有 30%30\% 有牙周病。假設某社區患有心臟病的機率僅有 9%9\%,試問:

(一) 隨機抽取一人,此人有牙周病的機率為何?(10 分)

(二) 已知此人有牙周病,她/他患有心臟病的機率為何?(10 分)

(三) 第(二)題所得機率值與此社區患有心臟病的機率值 9%9\% 是否有差異?請說明。(5 分)

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核心觀念

本題考驗全機率公式與貝氏定理。令:

  • HH:此人患有心臟病。
  • PP:此人有牙周病。

題目給定:

P(H)=0.09,P(Hc)=0.91P(H)=0.09,\qquad P(H^c)=0.91 P(P∣H)=0.86,P(P∣Hc)=0.30P(P\mid H)=0.86,\qquad P(P\mid H^c)=0.30

其中 HcH^c 表示沒有心臟病。

解題方法

(一)隨機抽取一人有牙周病的機率

依全機率公式,分別考慮此人患有及未患有心臟病的情況:

P(P)=P(P∣H)P(H)+P(P∣Hc)P(Hc)=(0.86)(0.09)+(0.30)(0.91)=0.0774+0.273=0.3504\begin{aligned} P(P) &=P(P\mid H)P(H)+P(P\mid H^c)P(H^c)\\ &=(0.86)(0.09)+(0.30)(0.91)\\ &=0.0774+0.273\\ &=0.3504 \end{aligned}

因此,隨機抽取一人有牙周病的機率為 35.04%35.04\%。

(二)已知有牙周病,患有心臟病的機率

依貝氏定理:

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第 二 題25 分

現在大部分圖書館皆有設置自助借書系統,欲借書的民眾可利用此系統自行掃描書本完成借書。安安圖書館員想了解民眾對於自助借書系統的接受度及使用的頻率。下列為安安圖書館 1515 日每日使用自助借書系統的民眾數:

118108921041201089110412011411810811297117\begin{array}{cccccccc} 118 & 108 & 92 & 104 & 120 & 108 & 91 & 104 \\ 120 & 114 & 118 & 108 & 112 & 97 & 117 \end{array}

(一) 顯著水準為 0.050.05 的情況下,使用信賴區間法檢定安安圖書館每日使用自助借書系統的民眾平均人數是否大於 100100 人(假設母體為常態)?(15 分)

(二) 若每日使用自助借書系統的民眾平均人數實際上為 102102 人,請計算出未拒絕虛無假說的機率(儘量將過程列示詳細)?此機率之名稱為何?(10 分)

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核心觀念

母體常態但母體變異數未知,且樣本數為 n=15n=15,因此使用單一樣本 tt 檢定。題目要檢定每日平均使用人數是否大於 100100 人:

H0:μ≤100,H1:μ>100.H_0:\mu\le 100,\qquad H_1:\mu>100.

這是右尾檢定,顯著水準 α=0.05\alpha=0.05。使用信賴區間法時,應建立母體平均數的 95% 單尾下限信賴區間;若下限大於 100100,即拒絕虛無假說。

解題方法

樣本數為 1515,資料總和為 16311631,因此

xˉ=163115=108.733.\bar{x}=\frac{1631}{15}=108.733.

以 109109 為基準計算,離差平方和為 13121312;離差總和為 −4-4,故校正後平方和為

∑i=115(xi−xˉ)2=1312−(−4)215=1310.933.\sum_{i=1}^{15}(x_i-\bar{x})^2 =1312-\frac{(-4)^2}{15} =1310.933.

樣本變異數、樣本標準差與平均數標準誤為

s2=1310.93315−1=93.638,s=9.677,SE=s15=2.499.s^2=\frac{1310.933}{15-1}=93.638,\qquad s=9.677,\qquad SE=\frac{s}{\sqrt{15}}=2.499.

自由度為 1414,右尾臨界值為 t0.95,14=1.761t_{0.95,14}=1.761。95% 單尾下限信賴區間為

(xˉ−t0.95,14sn, ∞)=(108.733−1.761×2.499, ∞)=(104.33, ∞).\left(\bar{x}-t_{0.95,14}\frac{s}{\sqrt{n}},\ \infty\right) = (108.733-1.761\times2.499,\ \infty) = (104.33,\ \infty).

因為下限 104.33>100104.33>100,所以在顯著水準 0.050.05 下拒絕 H0H_0,認為安安圖書館每日使用自助借書系統的平均人數大於 100100 人。

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第 三 題25 分

以下為兩個不同化工廠每個月各 1010 筆二氧化碳的排放量(單位:噸)。

12345678910化工廠 A3230221572623222018化工廠 B2010816211725271718\begin{array}{c|cccccccccc} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 \\ \hline \text{化工廠 A} & 32 & 30 & 22 & 15 & 7 & 26 & 23 & 22 & 20 & 18 \\ \text{化工廠 B} & 20 & 10 & 8 & 16 & 21 & 17 & 25 & 27 & 17 & 18 \end{array}

在顯著水準為 10%10\% 的情況下,請使用適當的統計方法檢定此兩化工廠每月二氧化碳排放量中位數是否有差異?(25 分)

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核心觀念

兩家化工廠各有 1010 筆排放量,題目要比較兩個獨立樣本的中位數,且未假設排放量服從常態分配。適合使用 Mood 中位數檢定:將兩組資料合併,以合併樣本的中位數為界,檢定兩組資料落在中位數上下的比例是否相同。

設化工廠 A、B 的母體中位數分別為 ηA\eta_A、ηB\eta_B,檢定假設為

H0:ηA=ηB,H1:ηA≠ηB.H_0:\eta_A=\eta_B,\qquad H_1:\eta_A\ne\eta_B.

解題方法

先將 2020 筆資料由小到大排列:

7,8,10,15,16,17,17,18,18,20,20,21,22,22,23,25,26,27,30,32.7,8,10,15,16,17,17,18,18,20,20,21,22,22,23,25,26,27,30,32.

合併樣本中位數為第 1010 與第 1111 個數值的平均:

x~=20+202=20.\tilde{x}=\frac{20+20}{2}=20.

將各組資料依是否高於或低於 2020 分類;等於 2020 的觀測值不列入上下方計數。整理如下:

化工廠高於 2020低於 2020等於 2020
A631
B361

因此,用於檢定的 2×22\times2 列聯表為:

化工廠高於合併中位數低於合併中位數合計
A639
B369
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第 四 題25 分

某投資分析師想了解企業銷售額(Sales)是否可以用來預測該企業每股盈餘(EPS)。她/他蒐集下列 77 家公司的年資料(α=0.05\alpha=0.05):

1234567每股盈餘3.60.23.41.53.71.83.5銷售額(單位:百萬元)89648674808183\begin{array}{c|ccccccc} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 \\ \hline \text{每股盈餘} & 3.6 & 0.2 & 3.4 & 1.5 & 3.7 & 1.8 & 3.5 \\ \text{銷售額(單位:百萬元)} & 89 & 64 & 86 & 74 & 80 & 81 & 83 \end{array}

試作:

(一) 最小平方法迴歸直線的方程式。(5 分)

(二) 檢定此兩變數是否有線性相關。(5 分)

(三) 此最小平方法迴歸直線的配適度如何檢定?請說明。(10 分)

(四) 對應於某公司銷售額為 7878(百萬元)之期望每股盈餘的 95%95\% 信賴區間。(5 分)

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核心觀念

令銷售額為自變數 xx、每股盈餘為應變數 yy。簡單線性迴歸以最小平方法估計

y^=b0+b1x,b1=SxySxx,b0=yˉ−b1xˉ.\hat y=b_0+b_1x,\qquad b_1=\frac{S_{xy}}{S_{xx}},\qquad b_0=\bar y-b_1\bar x.

檢定線性相關時,可檢定母體相關係數 ρ=0\rho=0;在簡單線性迴歸中,這也等同檢定斜率 β1=0\beta_1=0。迴歸的整體顯著性可用 FF 檢定;R2R^2 則描述樣本中應變數變異被迴歸模型解釋的比例。

(一)最小平方法迴歸直線

計算得

xˉ=5577=79.5714,yˉ=17.77=2.5286,\bar x=\frac{557}{7}=79.5714,\qquad \bar y=\frac{17.7}{7}=2.5286, Sxx=∑(xi−xˉ)2=417.7143,Sxy=∑(xi−xˉ)(yi−yˉ)=60.4857.S_{xx}=\sum (x_i-\bar x)^2=417.7143,\qquad S_{xy}=\sum (x_i-\bar x)(y_i-\bar y)=60.4857.

因此斜率與截距為

b1=60.4857417.7143=0.1448,b_1=\frac{60.4857}{417.7143}=0.1448, b0=2.5286−(0.1448)(79.5714)=−8.9935.b_0=2.5286-(0.1448)(79.5714)=-8.9935.

迴歸直線為

y^=−8.9935+0.1448x.\boxed{\hat y=-8.9935+0.1448x}.

(二)檢定兩變數是否有線性相關

設定雙尾檢定:

H0:ρ=0(等價於 β1=0),H1:ρ≠0.H_0:\rho=0\quad(\text{等價於 }\beta_1=0),\qquad H_1:\rho\ne 0.

樣本相關係數為

r=SxySxxSyy=0.8830,r=\frac{S_{xy}}{\sqrt{S_{xx}S_{yy}}}=0.8830,

其中 Syy=11.2343S_{yy}=11.2343。檢定統計量為

t=rn−21−r2=4.20,df=n−2=5.t=\frac{r\sqrt{n-2}}{\sqrt{1-r^2}} =4.20,\qquad df=n-2=5.

顯著水準 α=0.05\alpha=0.05 的雙尾臨界值為 t0.025,5=2.571t_{0.025,5}=2.571。因為 ∣t∣=4.20>2.571|t|=4.20>2.571,拒絕 H0H_0。在 5%5\% 顯著水準下,銷售額與每股盈餘有顯著線性相關,且樣本呈正相關。

(三)迴歸直線的配適度檢定

以迴歸變異分析的 FF 檢定檢查模型是否具有整體解釋力:

H0:β1=0,H1:β1≠0.H_0:\beta_1=0,\qquad H_1:\beta_1\ne 0.

平方和及檢定統計量為

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