112 原住民特考三等 經建行政 統計學 考古題詳解

112 年・原住民特考・三等・經建行政
試題代碼 統計學

第 一 題20 分

疫苗效力(vaccine efficacy)定義為參加實驗的自願者中,染疫人數中注射安慰劑(沒有疫苗保護)的百分比。某藥廠開發一款 COVID-19 疫苗,宣稱其疫苗效力為 92%92\%。假設該疫苗被核准上市,且該疫苗的施打涵蓋率約為 80%80\%。以 2023 年 COVID-19 發生率為每 10 萬人約 5,000 人感染為基礎,請問:

施打該疫苗的民眾中,染疫的機率有多少?

又未施打疫苗的民眾中,染疫的機率有多少?

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核心觀念

本題考疫苗效力與疫苗涵蓋率的條件機率換算。疫苗效力 92%92\% 表示接種者的感染風險相較於未接種者降低 92%92\%,因此:

P(感染∣接種)=(1−0.92)P(感染∣未接種)=0.08P(感染∣未接種)P(\text{感染}\mid\text{接種})=(1-0.92)P(\text{感染}\mid\text{未接種}) =0.08P(\text{感染}\mid\text{未接種})

涵蓋率 80%80\% 是接種人口占總人口的比例;整體感染率則是接種者與未接種者感染率的加權平均。題目給的每 10 萬人約 5,000 人感染,即整體感染率為 5%5\%。

解題方法

令接種者感染率為 pvp_v,未接種者感染率為 pup_u。由疫苗效力定義:

pv=0.08pup_v=0.08p_u

依涵蓋率將整體感染率分解:

0.05=0.80pv+0.20pu0.05=0.80p_v+0.20p_u

代入 pv=0.08pup_v=0.08p_u:

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第 二 題30 分

民意調查機構想要規劃一份問卷調查,調查民眾對於特定議題的支持度(從不支持到支持以 1∼101\sim10 尺度測量支持的程度)。根據過去的經驗,各支持尺度的比率如下表:

支持度12345678910
比率3%3\%5%5\%8%8\%14%14\%10%10\%10%10\%12%12\%13%13\%15%15\%10%10\%

(一)在 95%95\% 的信賴度下,抽樣誤差設定為 10%10\% 時,所需的最小的樣本數為何?

(二)如果我們只需要針對是否支持(1∼51\sim5 視為不支持,6∼106\sim10 視為支持)做推論,在 95%95\% 的信賴度下,抽樣誤差設定為 2%2\% 時,所需的最小樣本數為何?

(三)對於這份調查你的樣本數規劃建議為何?

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核心觀念

本題分別考查:

  1. 以支持度 1∼101\sim10 的平均數作推論時,母體平均數的樣本數估計。
  2. 將支持度二分為「不支持」與「支持」後,母體比例的樣本數估計。
  3. 同一份問卷若同時進行兩種推論,樣本數應取需求較大者。

以下假設採簡單隨機抽樣、母體數很大,且不考慮有限母體修正。95%95\% 信賴度使用 z0.025=1.96z_{0.025}=1.96。


(一)估計支持度平均數

1. 計算母體平均數與變異數

支持度的期望值為

μ=1(0.03)+2(0.05)+3(0.08)+4(0.14)+5(0.10)+6(0.10)+7(0.12)+8(0.13)+9(0.15)+10(0.10)\mu=1(0.03)+2(0.05)+3(0.08)+4(0.14)+5(0.10) +6(0.10)+7(0.12)+8(0.13)+9(0.15)+10(0.10) μ=6.26\mu=6.26

再計算

E(X2)=12(0.03)+22(0.05)+⋯+102(0.10)=45.64E(X^2)=1^2(0.03)+2^2(0.05)+\cdots+10^2(0.10)=45.64

因此母體變異數為

σ2=E(X2)−μ2=45.64−(6.26)2=6.4524\sigma^2=E(X^2)-\mu^2 =45.64-(6.26)^2 =6.4524

2. 套用平均數的樣本數公式

平均數的抽樣誤差設定為 10%10\%,即支持度尺度上的絕對誤差

E=0.10E=0.10

樣本數公式為

n=(z0.025σE)2=(1.96)2(6.4524)(0.10)2n=\left(\frac{z_{0.025}\sigma}{E}\right)^2 =\frac{(1.96)^2(6.4524)}{(0.10)^2} n=2481.98n=2481.98

樣本數必須無條件進位,因此

n=2482\boxed{n=2482}

(二)估計是否支持的比例

1. 計算支持比例

題目規定:

  • 1∼51\sim5 為不支持;
  • 6∼106\sim10 為支持。

因此支持比例為

p=0.10+0.12+0.13+0.15+0.10=0.60p=0.10+0.12+0.13+0.15+0.10=0.60

不支持比例為

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第 三 題50 分

某高中模擬考隨機抽出女、男各 5050 位同學的成績敘述性統計如下表。假設各科分數服從常態分配。請建立適當的參數符號,完成下列推論。

統計量女生第 2 次女生第 1 次男生第 2 次男生第 1 次
mean6868636376766868
stdev12.812.824.924.915.315.328.728.7
corr$0.6723$0.4658

(一)請分別計算女生、男生兩次模擬考差的平均值的 95%95\% 信賴區間。

(二)在 α=5%\alpha=5\% 的顯著水準下,請檢定女生、男生兩次模擬考總和平均值是否有顯著性差異。

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核心觀念

本題同時考查:

  1. 成對樣本平均差的信賴區間:同一位學生參加第 1、2 次考試,因此兩次成績具有相關性,應以成對樣本處理。
  2. 共變異數與相關係數的關係:

Cov⁡(X,Y)=rXYsXsY\operatorname{Cov}(X,Y)=r_{XY}s_Xs_Y

  1. 兩個獨立母體平均數的檢定:女生與男生為不同學生,兩組樣本彼此獨立;先將每位學生兩次成績相加,再比較兩組「總和」的平均數。

(一)女生、男生兩次模擬考差的平均值之 95% 信賴區間

令第 2 次成績減第 1 次成績為

D=X2−X1D=X_2-X_1

則成對樣本平均差的 95% 信賴區間為

Dˉ±t0.975,49sD50\bar D\pm t_{0.975,49}\frac{s_D}{\sqrt{50}}

其中

t0.975,49=2.0096t_{0.975,49}=2.0096

1. 女生

女生平均差為

DˉF=68−63=5\bar D_F=68-63=5

差值的樣本變異數為

sDF2=s22+s12−2rs2s1=(12.8)2+(24.9)2−2(0.6723)(12.8)(24.9)=355.1791\begin{aligned} s_{D_F}^2 &=s_{2}^2+s_{1}^2-2r s_2s_1\\ &=(12.8)^2+(24.9)^2 -2(0.6723)(12.8)(24.9)\\ &=355.1791 \end{aligned}

因此

sDF=355.1791=18.8462s_{D_F}=\sqrt{355.1791}=18.8462

平均差的標準誤為

sDF50=18.846250=2.6653\frac{s_{D_F}}{\sqrt{50}} =\frac{18.8462}{\sqrt{50}} =2.6653

所以女生平均差的 95% 信賴區間為

5±2.0096(2.6653)=5±5.356=(−0.356, 10.356)\begin{aligned} 5\pm 2.0096(2.6653) &=5\pm5.356\\ &=(-0.356,\ 10.356) \end{aligned}

因此,女生第 2 次與第 1 次成績平均差的 95% 信賴區間為

(−0.36, 10.36)\boxed{(-0.36,\ 10.36)}

2. 男生

男生平均差為

DˉM=76−68=8\bar D_M=76-68=8

差值的樣本變異數為

sDM2=(15.3)2+(28.7)2−2(0.4658)(15.3)(28.7)=648.7051\begin{aligned} s_{D_M}^2 &=(15.3)^2+(28.7)^2 -2(0.4658)(15.3)(28.7)\\ &=648.7051 \end{aligned}

因此

sDM=648.7051=25.4697s_{D_M}=\sqrt{648.7051}=25.4697

平均差的標準誤為

sDM50=25.469750=3.6020\frac{s_{D_M}}{\sqrt{50}} =\frac{25.4697}{\sqrt{50}} =3.6020

所以男生平均差的 95% 信賴區間為

8±2.0096(3.6020)=8±7.238=(0.762, 15.238)\begin{aligned} 8\pm2.0096(3.6020) &=8\pm7.238\\ &=(0.762,\ 15.238) \end{aligned}

因此,男生第 2 次與第 1 次成績平均差的 95% 信賴區間為

(0.76, 15.24)\boxed{(0.76,\ 15.24)}


(二)檢定女生、男生兩次模擬考總和平均值是否有顯著差異

令每位學生兩次模擬考總和為

T=X1+X2T=X_1+X_2

欲檢定女生與男生的總和平均數是否不同,設定:

H0:μTF=μTMH_0:\mu_{T_F}=\mu_{T_M}

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