107 地方特考五等 統計 統計學大意 考古題詳解
第 1 題2 分
為了要決定某藥對疾病之醫療效果,對 23 位病人施予投藥,而對另外 23 位病人給予安慰劑。前述蒐集資料的方式,稱為:
核心觀念
本題主要測驗統計學中「資料蒐集方式」(Data Collection Methods)的分類與定義,特別是「實驗研究/實驗設計」(Experimental Study / Design of Experiments)與「觀察研究」(Observational Study)之核心差異:
- 實驗研究(實驗設計):研究者主動介入並操縱自變數(給予特定「處理」,Treatment),將受試單位指派至處理組與對照組(如給予安慰劑,Placebo),藉以控制潛在干擾變數,旨在確立變數間的因果關係(Causality)。
- 觀察研究:研究者不介入、不操控受試者,僅在自然狀態下被動觀察、記錄特徵或變數值,通常僅能確立變數間的相關性(Association)。
解題方法
本題切入點在於研判研究者在資料蒐集過程中是否具有「人為介入(Intervention)與操縱處置」:
- 題目明確指出研究者「對 23 位病人施予投藥(處理組),而對另外 23 位病人給予安慰劑(對照組)」。
- 研究人員主動控制並指派了「是否服藥」這個自變數(處理),並設立對照組以消除心理效應等外部干擾,目的在於評估該藥物對疾病醫療效果之因果推論。
- 此處置流程完全符合「實驗設計」的定義與標準架構。
選項分析
- (A) 錯誤:觀察研究(Observational Study)
第 2 題2 分
有一組樣本數為 1000 的資料且每個資料值皆不同,其中最小資料值應為 ,但被誤計為 ,而最大資料值應為 ,但被誤計為 ,則下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考資料排序位置與離散程度指標。將最小值 改回正確值 ,以及將最大值 改回正確值 ,只會改變排序兩端的觀測值;中位數與四分位數取決於排序中間位置,而變異數會受到每個觀測值與平均數的距離影響。
解題方法
樣本數為 ,且所有資料值皆不同。錯誤資料與正確資料的排序位置相同,僅第一個值由 改為 ,最後一個值由 改為 。
因此,中間位置的觀測值不變,中位數及第一、第三四分位數皆不變,四分位距 也不變。
判斷變異數時,可使用平方離差和的恆等式。若資料總和為 、平方和為 、筆數為 ,則以 為分母的變異數為
以 為分母的樣本變異數,也只是在平方離差和上除以 ;只要平方離差和變小,兩種定義下的變異數都會變小。
將錯誤資料改回正確資料後,資料總和增加
所以平均數不變。平方和則減少
第 3 題2 分
大眾運輸系統與汽機車為一般通勤者由甲地至乙地上班之兩種交通工具。隨機各抽取 10 個通勤者,記錄其上班所需時間,時間以分鐘計。試分別計算此兩種交通工具所需時間的樣本平均數與樣本標準差為:
大眾運輸:,,。
汽機車:,,。
核心觀念
本題考查樣本平均數與樣本標準差。對 筆觀測值,樣本平均數為
樣本標準差使用分母 :
解題方法
兩組資料各有 人,先由總和計算平均數,再將平方和代入樣本標準差公式。
大眾運輸:
汽機車:
第 4 題2 分
下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考「偏態」與平均數、中位數、眾數的相對位置。
- 正偏(右偏):資料右側有較長的尾巴,較大的極端值會拉高平均數,通常為「眾數 中位數 平均數」。
- 負偏(左偏):資料左側有較長的尾巴,較小的極端值會拉低平均數,通常為「平均數 中位數 眾數」。
以上是描述偏態分配時常用的關係;題目使用「均為正偏/均為負偏」的語意,按此慣例判斷。
解題方法
先看偏態方向,再判斷尾端的極端值會把平均數往哪一側拉:
- 正偏的長尾在右側,平均數通常最大。
- 負偏的長尾在左側,平均數通常最小。
中位數受極端值影響較小,眾數則是資料最常出現的位置。依此比對選項中的排列即可。
選項分析
第 5 題2 分
某國家約有 之人為左撇子。隨機選出 225 人,其中是左撇子的比例之機率分配會趨近:
核心觀念
本題的核心考點為樣本比例的抽樣分配(Sampling Distribution of Sample Proportion)與中央極限定理(Central Limit Theorem, CLT)之應用(亦稱二項分配的常態逼近)。
- 二項試驗設定:設每位受訪者是否為左撇子為獨立的白努力試驗(Bernoulli trial),其成功機率為 。
- 樣本比例定義:若抽出樣本數為 ,其中左撇子人數為 ,則 ,樣本比例定義為: 其理論期望值與變異數分別為:
- 常態逼近準則:依據中央極限定理(棣美弗-拉普拉斯定理,De Moivre–Laplace Theorem),當樣本數 夠大,且滿足檢驗條件 與 (部分教科書採保守標準 )時,樣本比例 的抽樣分配會漸近趨近於常態分配:
解題方法
- 整理題目已知條件:
- 母體左撇子比例
- 隨機抽出樣本數
- 檢驗大樣本條件(常態逼近適用性):
- 計算預期成功次數:
- 計算預期失敗次數:
- 因 且 ,皆遠大於常態逼近之門檻條件。
- 推導漸近分配:
- 樣本比例之期望值:
- 樣本比例之變異數:
第 6 題2 分
有一組資料,其平均值為 20 而其變異數為 36,則下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考「切比雪夫不等式」:對任何資料分布,不必假設資料呈常態分布,至少有一定比例的資料落在平均數附近。若平均數為 、標準差為 ,則對 ,
題目給的變異數為 ,因此標準差為 。
解題方法
將各選項的區間與平均數 比較,確認其半徑是幾個標準差,再套用切比雪夫不等式。
對區間 至 ,其中心為 ,半寬為 。因此至少有
的資料落在 ,也就是 至 之間。
選項分析
- (A) 錯誤。 至 是平均數左右各 個標準差。
第 7 題2 分
下列何種方法非用來檢測資料是否來自近似常態分配?
核心觀念
本題考常態分配的圖形與數值特徵,判斷哪些方法可用來檢測資料是否近似常態分配。
常態分配大致呈鐘形且左右對稱。若資料近似常態,約有 、、 的觀測值分別落在平均數上下 、、 個標準差內;常態機率圖上的點也會大致落在一直線上。此外,常態分配的四分位距約為標準差的 倍。
解題方法
逐一對照各選項所述特徵與常態分配的性質。特別注意:常態分配的直方圖或莖葉圖應呈鐘形、近似對稱,而非均勻分配。因此,描述成「一致(均勻)分配」的選項不符合常態分配。
選項分析
(A) 正確。 常態分配的經驗法則指出:
以樣本平均數 和樣本標準差 代替母體的 和 ,可作為檢查資料是否近似常態的經驗方法。
第 8 題2 分
某公司平均每 10 天會收到三個訂單。試求要至少 5 天之久,才會有下個訂單之機率?
核心觀念
訂單可視為依固定平均速率發生的卜瓦松過程。卜瓦松過程中,相鄰兩次訂單的等待時間服從指數分配;其平均等待時間為 天,因此等待時間的速率參數為
若 表示收到下一個訂單所需的時間,則 ,且
解題方法
題目問「至少 5 天之久,才會有下個訂單」,即等待時間不少於 5 天。代入指數分配的存活機率:
四捨五入至小數點後四位為 ,故選 (D)。
選項分析
第 9 題2 分
下表顯示隨機選取 12 位高風險借貸人,在上完兩年個人財務課程前後之信用分數。在 下,有足夠證據顯示財務課程有增加他們之信用分數?
| 高風險借貸人 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 信用分數(上課前) | 608 | 620 | 610 | 650 | 640 | 680 | 655 | 602 | 644 | 656 | 632 | 664 |
| 信用分數(上課後) | 646 | 692 | 715 | 669 | 725 | 786 | 700 | 650 | 660 | 650 | 680 | 702 |
檢定統計值: 上臨界值: 值:
核心觀念
- 成對樣本 檢定(Paired-samples -test): 當資料來自「同一組受試對象」在不同情境或不同時間點(如「處理前」與「處理後」)的重複量測時,前後兩組觀察值彼此相依(Dependent Samples),必須使用「成對樣本 檢定」(又稱配對 檢定)。此法是將每對數據相減得到差值 ,轉化為單一常態母體平均數的檢定。
- 假設檢定之決策法則(Decision Rules):
- 臨界值法(Critical Value Approach):若檢定統計量落入拒絕域(右尾檢定下:),則拒絕虛無假說 。
- 值法(-value Approach):若 (顯著水準),則拒絕虛無假說 。
解題方法
步驟一:判斷檢定類型(成對 vs. 不成對)
本題資料為隨機選取 12 位高風險借貸人,分別記錄其「上課前」與「上課後」之信用分數。因為兩組數據來自「相同的 12 位借貸人」,屬於典型的前後重複測量相依樣本,故必須採用成對 檢定,不能使用獨立雙樣本的「不成對 檢定」。
步驟二:建立統計假說
定義差值 ,設母體平均差值為 。 題目欲檢驗「財務課程是否有增加信用分數」,屬於單尾(右尾)檢定:
- 虛無假說 (上課無法增加信用分數/分數未提高)
- 對立假說 (上課能增加信用分數/分數有提高)
步驟三:進行統計決策
題目已提供完整之檢定數值:
- 樣本數 ,成對檢定之自由度
- 顯著水準
- 上臨界值
- 檢定統計值
- 值
第 10 題2 分
已知出版公司員工人數服從平均值為 25 及標準差未知之常態分配。隨機選取 15 家出版公司,得員工數之樣本標準差為 3,則平均員工數大於 27 之機率?
核心觀念
母體為常態分配、母體標準差未知,且樣本數為 ,因此以樣本標準差 估計母體標準差,將樣本平均數標準化後使用自由度為 的 分配:
題目所求是樣本平均員工數 大於 的機率;母體平均數為 。
解題方法
先將 轉換為 值:
臨界值為
因此
第 11 題2 分
自平均值為 17 與變異數是 36 之常態分配抽取 9 個隨機樣本,則樣本變異數介於 及 間之機率?
核心觀念
母體為常態分配時,若母體變異數為 ,從中抽取 個隨機樣本,使用分母為 的不偏樣本變異數 ,則
本題給定 、,因此自由度為 。
解題方法
將樣本變異數的上下界轉換為卡方變數的上下界:
計算得
所以所求機率為
第 12 題2 分
請說明簡單迴歸分析中「判定係數(coefficient of determination)」之意義?其與相關係數間有何關係?
核心觀念
判定係數 衡量簡單迴歸模型對應變數總變異的解釋比例。含截距項的簡單線性迴歸中,總平方和可分解為迴歸平方和與殘差平方和:
因此,
其中 是迴歸模型所解釋的變異, 是應變數的總變異。判定係數介於 與 之間;數值愈大,表示模型解釋的總變異比例愈高。
在含截距項的簡單線性迴歸中,判定係數等於自變數 與應變數 的皮爾森相關係數 的平方:
解題方法
先辨認判定係數描述的是「變異」的解釋比例,而非「標準差」的比例;再確認簡單線性迴歸中的相關係數關係為平方。因此,符合兩項敘述的是選項(B)。
選項分析
第 13 題2 分
一母體由正整數 至 所構成,且 為未知參數。若自此母體以抽出放回的方式抽樣 個數,其和為 ,則 的估計式為何?
核心觀念
本題主要測驗以下三個核心統計概念:
- 離散均勻分配(Discrete Uniform Distribution)之期望值: 母體為連續正整數 ,各點發生的機率皆為 。其母體期望值(母體平均數)為:
- 點估計之動差法(Method of Moments, MM): 利用樣本動差等於母體動差的對應關係(即以樣本平均數 取代母體平均數 ),解出未知母體參數的估計式。
- 估計式(Estimator)之基本定義: 估計式是樣本資料的函數(即統計量),其算式中絕對不可含有任何未知的母體參數。
解題方法
步驟一:求母體單一抽樣變數之期望值 設隨機抽出之數值為 ()。由於是自 至 抽出放回隨機抽樣,每次抽樣之隨機變數 皆服從離散均勻分配,其母體平均數為:
步驟二:求樣本總和 與樣本平均數 之期望值 令樣本總和為 ,樣本平均數為 。由期望值之線性性質可知:
步驟三:利用動差法求解 的估計式 令樣本一階動差(樣本平均數 )等於母體一階動差(母體期望值 ): 將式子兩邊同乘以 ,並將常數項移項求解 :
第 14 題2 分
某一擲骰子遊戲,其規則為同時擲兩個骰子,若點數相同,則可獲得 95 元。若長期最終結果是不賺不賠,則每次玩此遊戲應付的金額是多少?
核心觀念
本題考「公平遊戲」的期望值。若長期玩下來不賺不賠,每次應付的金額等於每次遊戲獎金的期望值。
同時擲兩顆公平骰子時,所有點數組合共有 種,其中兩顆點數相同的組合有 6 種,因此:
解題方法
以玩家的淨收益計算期望值。設每次應付 元:
- 點數相同時,玩家獲得 95 元,淨收益為 ,機率為 。
- 點數不同時,玩家沒有獲獎,淨收益為 ,機率為 。
公平遊戲的期望淨收益為 0:
整理得:
因此,依題目原文「獲得 95 元」計算,公平的每次費用是 元,並非選項 A 的 19 元。
選項分析
第 15 題2 分
若 ,欲檢定 對 ,而 、 且 ,求 值:
核心觀念
本題考右尾單一母體平均數檢定的 值。由於母體標準差未知,以樣本標準差 估計,檢定統計量採用 分配,自由度為 。
值是以虛無假設邊界值 為基準,在 成立時,取得「至少與觀察結果同樣偏向 」之統計量的機率。因為 ,所以計算右尾機率。
解題方法
檢定統計量為
自由度為
因此,右尾檢定的 值為
按常見 分配表將統計量取為 查表,右尾機率約為 ,與選項最接近的是 (A) ,故依題目指定的官方答案選 (A)。
選項分析
第 16 題2 分
100 人之隨機樣本中,有 80 人支持候選人甲,則候選人甲之支持率的 95% 信賴區間為何?此時關於「候選人甲之支持率至少 90%」之說法是否可以成立?
核心觀念
本題考「母體比例的 95% 信賴區間」及其與「支持率至少 90%」的關係。樣本數 ,樣本支持人數為 ,所以樣本比例為
以常態近似計算母體比例的信賴區間,公式為
其中 95% 信賴水準的臨界值 。
解題方法
先計算樣本比例的標準誤:
誤差範圍為
因此,95% 信賴區間為
「支持率至少 90%」表示母體支持率 。此值高於信賴區間上限 ,不在區間內,因此依本題的信賴區間判斷,不能成立。
選項分析
第 17 題2 分
有一組 25 位年齡 25 至 34 歲婦女體重之隨機樣本,其標準差為 28 磅。另外第二組有 41 位年齡 55 至 64 歲婦女體重之隨機樣本,其標準差為 21 磅。試建立兩組體重變異數比例 之 95% 信賴區間;並檢定兩組婦女體重之母體變異數是否相等?
核心觀念
本題評量獨立雙常態母體變異數比值的區間估計以及母體變異數齊一性(相等)之假說檢定:
-
樞紐量與 分配: 設兩組獨立樣本分別來自常態母體 與 ,自由度分別為 、。其樣本變異數比值經標準化後服從 分配:
-
變異數比值 之 信賴區間: 由機率陳述 ,配合倒數性質 ,可推得信賴區間公式為:
-
利用信賴區間進行雙尾假說檢定: 欲檢定兩母體變異數是否相等,設定假說: 若數值 落在 信賴區間內,表示在顯著水準 下不拒絕 ,判定兩母體變異數「相等」(無顯著差異);反之若未落在區間內,則拒絕 ,判定為「不相等」。
解題方法
步驟一:整理樣本數據與自由度
- 第一組(年齡 25 至 34 歲):,樣本標準差 磅。
- 第二組(年齡 55 至 64 歲):,樣本標準差 磅。
步驟二:計算樣本變異數比值(點估計值)
步驟三:查表取得 分配臨界值
題目要求 95% 信賴水準,即 、:
第 18 題2 分
一石油公司在 A 地區從事鑽油探勘工作,根據先前經驗,A 地區有 50% 的低品質油田、20% 的高品質油田、30% 沒有油的土地;除此之外,石油公司會檢測某種土壤是否存在,以提高挖到油的機會。
已知在高品質油田中有 90% 的機會有此種土壤,低品質油田中有 70% 的機會有此種土壤,而沒有油的土地會有 30% 的機會有此種土壤。如果此石油公司在 A 地區某塊土地檢測到此種土壤存在,請問此石油公司在這塊土地挖到油的機會為何?
核心觀念
本題的核心考點為貝氏定理(Bayes' Theorem)與全機率定理(Law of Total Probability)。
- 互斥且完整分割(Partition): 土地的地質狀態分為三類:高品質油田()、低品質油田()、沒有油()。三者互斥且其聯集為整個樣本空間,構成樣本空間的分割。
- 全機率定理: 若已知檢測到特定土壤的事件為 ,則發生事件 的邊際機率(全機率)為各狀態下條件機率的加權總和:
- 事後機率(Posterior Probability): 「挖到油」代表地質狀態為高品質油田或低品質油田(即 )。在已知檢測到土壤(條件 )下,挖到油的事後機率為: 亦可利用餘事件性質計算:
解題方法
步驟一:定義事件與列出已知機率
- 狀態事件(事前機率):
- :為高品質油田,
- :為低品質油田,
- :為沒有油的土地,
- 檢測事件(條件機率/檢驗能力): 設 為「檢測到該種土壤」:
步驟二:計算檢測到該土壤的全機率
應用全機率定理,計算分母:
步驟三:計算檢測到土壤且實際有油的聯合機率
「有油」包含高品質與低品質油田:
步驟四:計算事後機率
第 19 題2 分
假若某警察於某區域每週取締違法攤販之次數服從 Poisson 分配,且平均每週三次,則該警察在某一週取締違法攤販超過五次的機率為何?
核心觀念
每週取締次數 服從平均數為 的 Poisson 分配,記為 。Poisson 分配的機率質量函數為
題目問「超過五次」,即 ,也就是 。
解題方法
使用補事件計算較簡便:
逐項加總:
因此
選項分析
第 20 題2 分
如果某一家電公司售出之 A 產品從新品到故障的時間服從一平均值 3 年且標準差 1 年的常態分配。該公司決定在一保固期內,售出之 A 產品如故障可退費。如果在保固期內故障之 A 產品占全部售出之 A 產品比例約為 2.5%,試問該公司設定之保固期約為多久?
核心觀念
本題考常態分配的標準化,以及由左尾機率反查標準常態分配的分位數。產品故障時間 的平均數為 年、標準差為 年,因此
保固期設為 年時,「保固期內故障」即故障時間不超過 年,其比例為 。
解題方法
題目指出保固期內故障的產品約占 ,因此設定 使得
將故障時間標準化:
標準常態分配的左尾機率 對應 ,故
約為 年,因此選 (B)。
選項分析
第 21 題2 分
欲比較 4 種不同品牌的電池其平均壽命是否一致,每種品牌電池各取得樣本數為 10 的隨機樣本,以單因子變異數分析法(one-way ANOVA)來檢定這 4 種品牌電池平均壽命是否皆一致,得到下列變異數分析表(ANOVA table):
| 來源(source) | 自由度(degree of freedom) | 平方和(sum of squares) | 均方和(mean square) | 統計量(-statistic) |
|---|---|---|---|---|
| 處理(treatment) | ① | ② | ③ | |
| 誤差(error) | 300 | ④ | ||
| 總和 | 11700 |
下列何者正確?
核心觀念
單因子變異數分析比較 組母體平均數是否相同。若每組有 個觀測值,總樣本數為 ,則自由度為:
- 處理自由度:
- 誤差自由度:
- 總自由度:
平方和具有可加性:總平方和 等於處理平方和 加上誤差平方和 。均方和為平方和除以相應自由度, 統計量則為處理均方除以誤差均方。
解題方法
本題有 種品牌,每種抽取 顆電池,因此總樣本數 。
自由度為:
由平方和分解:
因此,誤差均方為:
第 22 題2 分
關於連續型隨機變數(continuous random variable) 其機率密度函數(probability density function))及離散型隨機變數(discrete random variable) 其機率函數(probability function) 的敘述,下列何者正確?(假定 可能值是介於 0 至 10 的整數,而 的可能值是介於 0 至 10 的任何數。)
核心觀念
本題主要測驗「離散型隨機變數」與「連續型隨機變數」之基本定義與核心性質差異,涵蓋三大考點:
- 離散型隨機變數之機率函數(機率質量函數,PMF):設 為離散型隨機變數,其機率函數定義為 ,滿足:
- 連續型隨機變數之機率密度函數(PDF):設 為連續型隨機變數,其機率密度函數 滿足:
- 注意: 代表的是「機率密度」(機率集中程度),其函數值可以大於 1,不是點機率。
- 連續型隨機變數在區間上的機率由「定積分」求得:;其「單點機率」恆為 0,即 。
- 獨立性與不相關性:
- 兩隨機變數「獨立」(Independent)代表彼此無任何關聯,必可推導出「不相關」(Uncorrelated,即共變異數 )。
- 「不相關」僅代表兩者無「線性關係」,兩者之間仍可能存在非線性相依關係,故不相關不保證獨立。
解題方法
由隨機變數與機率分佈的根本定義切入,逐一檢驗各選項對於機率值、機率密度值、區間機率與變數獨立性的論述。
選項分析
- (A) 選項錯誤: 對於離散型隨機變數 , 由於代表實際的單點機率,因此確實滿足 。
第 23 題2 分
考慮簡單線性迴歸模式 其中 為彼此獨立之隨機誤差。所得之資料其相關資訊如下:
則 的最小平方估計量為何?
核心觀念
簡單線性迴歸的最小平方法估計斜率,等於 與 的離均差乘積和除以 的離均差平方和:
題目提供的總和可用來計算 與 。誤差項的常態與獨立假設不影響本題的最小平方斜率計算。
解題方法
由 、、,可得:
計算 的離均差平方和:
計算 與 的離均差乘積和:
因此:
選項分析
第 24 題2 分
某工業零件廠欲檢定其所生產零件規格是否符合客戶要求。假定其所生產零件規格服從常態分配,且利用 分配所得的信賴區間及檢定統計量來做關於零件長度規格平均值 公分的統計推論。隨機抽檢 4 個零件,其所得的標準差為 2 公分,而 的 95% 信賴區間為 ,即在 6.818 公分到 13.182 公分之間,下列敘述何者正確?
核心觀念
母體為常態分配、母體標準差未知時,平均數 的 信賴區間為
其中 為樣本數、 為樣本標準差,自由度為 。對雙尾檢定 ,檢定統計量為
在顯著水準 下, 若落在 的雙尾信賴區間內,檢定結果就是不拒絕 ;若 ,則 ,雙尾 值為 。
解題方法
題目給定樣本數 、樣本標準差 ,且 95% 信賴區間為 。區間中點就是樣本平均數:
區間半寬為 。此區間可寫成
與題目所給區間一致。
選項分析
(A) 錯誤。 不在 95% 信賴區間 內,因此在 5% 顯著水準下,雙尾檢定應拒絕 。也可直接計算:
第 25 題2 分
考慮簡單線性迴歸模式 其中 為彼此獨立且為常態分配之隨機誤差。所得之資料其相關資訊如下:
其中
針對假設 對 ,得到以下變異數分析表(ANOVA table):
| 來源 | 自由度(degree of freedom) | 平方和(sum of squares) | 均方和(mean square) | 統計量 |
|---|---|---|---|---|
| 迴歸(regression) | ④ | |||
| 誤差(error) | ① | ② | ||
| 總和 | ③ |
核心觀念
簡單線性迴歸的變異數分析將總平方和分解為迴歸平方和與誤差平方和:
其中:
- 總平方和:
- 迴歸平方和:
- 誤差平方和:
本題樣本數為 。含截距的簡單線性迴歸中,迴歸自由度為 ,誤差自由度為 ,總自由度為 。
解題方法
由題目資料:
先計算迴歸平方和:
再由平方和分解求誤差平方和:
因此總平方和為 。自由度分別為迴歸 、誤差 、總和 。均方和與檢定統計量為:
第 26 題2 分
某大型購物網站共賣出 10 件商品予兩位買家,甲、乙買家各買了 5 件。已知這 10 件商品中有 3 件商品內附加贈品,而其餘 7 件沒有。假定此網站出貨是隨機的,則甲買家拿到至少一件附加贈品的機會為何?
核心觀念
本題測驗的核心為「超幾何分配」(Hypergeometric Distribution)與「餘事象原理」(Complement Rule)。
- 不放回抽樣(Sampling without replacement): 母體共有 件商品,其中包含有贈品商品 件,以及無贈品商品 件。出貨給甲買家 5 件,相當於從 10 件商品中隨機抽出 件(抽後不放回)。
- 餘事象(對立事件)法: 在機率問題中,若要求「至少一件」(at least one)的機率,正面計算需考慮「恰好 1 件」、「恰好 2 件」、「恰好 3 件」三種情形的機率和;若改用餘事象求解,只需計算其反面事件「0 件(完全沒有贈品)」之機率,再由 扣除即可,計算最為精簡:
解題方法
設隨機變數 代表甲買家所獲得的贈品件數,則 服從超幾何分配:。
步驟一:計算樣本空間總取法數
從 10 件商品中任選 5 件給甲買家的組合數為:
步驟二:計算甲買家「完全沒有拿到贈品」()的機率
甲拿到的 5 件商品全部來自 7 件無贈品商品的組合數為:
因此,甲買家完全沒有獲得贈品的機率為:
步驟三:利用餘事象求「至少拿到一件贈品」()的機率
選項分析
- (A) 約 42%【錯誤】: 此為甲買家「恰好拿到 1 件贈品」的機率:
第 27 題2 分
是甲地過去 20 年每年某作物的生產量(噸/單位), 是這 20 年的攝氏溫標年均值,而 是這 20 年的華氏溫標年均值,即
若 是 的變異數, 是 的變異數且 、,下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考察資料經線性轉換後,變異數、共變異數、變異係數與 分數的變化。
若資料 ,其中 為平移量、 為倍率,則:
因此,平移不影響標準差;倍率會按絕對值改變標準差。 分數則為:
解題方法
華氏溫度與攝氏溫度的關係為:
平均數與標準差分別為:
其中 ,所以 。將 的 分數展開:
平移量 在分子中抵銷,倍率 則在分子、分母中抵銷,因此兩個 分數相同。
選項分析
第 28 題2 分
為團隊 A 製造 10 個不同形式樣品所花費的時間,而 是團隊 B 製造這 10 種不同形式樣品所花費的時間。假定製造樣品所花費的時間服從常態分配,如欲檢定此兩個團隊其製造樣品平均花費時間是否不同時,下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考兩組常態樣本的平均數差異檢定,以及獨立樣本與成對樣本的差別。若兩組為獨立樣本,且母體變異數相等,合併變異數估計量為
分母的自由度為 ;此估計量在共同母體變異數 下不偏。
成對樣本則先對每一對觀測值計算差值 ,再以差值樣本檢定平均差異。其 檢定自由度為 ,前提是各對差值來自常態母體。
解題方法
題目給定兩隊各有 10 筆觀測。選項(C)所列分子是兩組各自對組內平均數的平方離差和;若兩組獨立且母體變異數相等,該合計量的自由度為
因此除以 18 後,正是共同母體變異數 的合併不偏估計量。依定義可判定(C)正確。
選項分析
(A)錯誤。若將資料視為 10 對成對樣本,應先定義 ,並以 10 個差值進行單一樣本 檢定,其自由度為 ,不是 18。
第 29 題2 分
若 服從成功機率為 的二項式分配(binomial distribution)。 是另一隨機變數,其定義為:當 的值是偶數時, 的值為 1;而當 的值是奇數時, 的值為 。下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考二項分配的奇偶機率,以及期望值、變異數與共變數的計算。
若 ,則 取值為 的機率為
題目定義 ( 為偶數)或 ( 為奇數),因此 恆成立。
解題方法
利用二項式定理可得
因為每個 的機率都是 ,所以
因此
變異數為
選項分析
第 30 題2 分
針對某一假設的檢定方法,若 為型 I 錯誤(type I error)發生的機率而 為型 II 錯誤(type II error)發生的機率,下列敘述何者正確?
核心觀念
本題評量假設檢定中的基本決策架構,核心在於兩型錯誤的定義、消長關係,以及檢定力的本質:
- 決策情境與兩型錯誤定義:
- 型 I 錯誤(Type I error):當虛無假設 為真時,檢定結果卻錯誤地拒絕 (棄真)。其發生的條件機率以 表示,即: 亦稱為顯著水準(Significance level)。
- 型 II 錯誤(Type II error):當對立假設 為真(即 為偽)時,檢定結果卻未能拒絕 (存偽)。其發生的條件機率以 表示,即:
- 檢定力(Power of the test):
- 當 為真時,能正確拒絕 的機率稱為檢定力,數值等於 :
- 與 的消長關係(Trade-off):
- 在樣本數 固定的前提下,臨界值(Critical value)的移動會導致 與 呈現反向變動: 縮小,拒絕域縮小,使得拒絕 的門檻提高,因而更容易接受錯誤的 ,導致 上升。
- 欲使 與 同時縮小,唯一方法是增加樣本數 。
解題方法
本題為純觀念判斷題,解題切入點如下:
- 先利用公式 檢驗選項 (D),可迅速確認其正確性。
- 針對其餘選項,檢視 與 的條件機率性質排除 (A);依據臨界值決定拒絕域之原理排除 (B);依據型 II 錯誤的「真偽情境」逆推虛無假設與對立假設以排除 (C)。
選項分析
- (A) 錯誤: 與 分別是在不同條件(母體狀態不同)下計算出的機率:
- 是在「 為真」的條件下計算。
- 是在「 為真」的條件下計算。
第 31 題2 分
考慮簡單線性迴歸模式 其中 為彼此獨立之隨機誤差。若所得的迴歸關係式為 ,且 的最小平方估計量其標準誤(standard error)為 1,下列敘述何者錯誤?
核心觀念
本題考查簡單線性迴歸斜率的 檢定、信賴區間與 檢定,以及含截距迴歸的殘差性質。題目給定斜率估計值 、其標準誤 ,樣本數 ,故斜率推論使用自由度 的 分配。
解題方法
檢定斜率時, 統計量為
斜率的雙側 信賴區間為
在簡單線性迴歸中,檢定 的斜率 檢定與迴歸 檢定等價,且 ,其自由度為 。
選項分析
(A) 正確。 單尾檢定 對 ,以邊界值 計算:
第 32 題2 分
考慮簡單線性迴歸模式 其中 為彼此獨立之隨機誤差。若所得的迴歸關係式為 且判定係數(coefficient of determination),下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考查簡單線性迴歸中判定係數 、相關係數 、斜率的符號,以及斜率檢定的 統計量。迴歸式為 ,因此斜率 。
含截距的簡單線性迴歸具有下列關係:
此外,迴歸斜率可寫成
其中 分別是 與 的樣本標準差。
解題方法
由 得 。由於斜率 , 與 的相關係數為
再由斜率與相關係數的關係:
因此 的標準差是 的標準差的 2 倍,選項 (D) 正確。
選項分析
第 33 題2 分
一國際公司包含亞太分公司、歐洲分公司、美洲分公司及紐澳分公司,欲挑選其員工中特別傑出員工來予以晉升,其評選標準為此員工績效分數要在其所在分公司極端突出,即統計上的離群值(outlier)。假如各分公司員工績效分數的直方圖(histogram)皆近似鐘形分布(bell-shaped)且相關資料如下:
| 分公司 | 員工平均績效分數 | 員工績效分數的變異數 |
|---|---|---|
| 亞太分公司 | 82 | 4 |
| 歐洲分公司 | 70 | 9 |
| 美洲分公司 | 85 | 12.25 |
| 紐澳分公司 | 80 | 36 |
下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考查標準差、標準分數、離群值判斷與變異係數。
標準差是變異數的平方根。對近似鐘形分布,常用「距離平均數至少約 個標準差」作為離群值的判斷準則;標準分數為
其中 為個別分數, 為平均數, 為標準差。本題據此比較各員工分數距離所屬分公司平均數有多遠。
變異係數則為標準差除以平均數:
解題方法
先將各分公司的變異數開平方,求出標準差,再計算選項所述分數的標準分數。若 約達 ,即可視為極端突出。另以「平均數 個標準差」檢查選項 (C),並比較 (D) 的變異係數。
| 分公司 | 平均數 | 變異數 | 標準差 |
|---|---|---|---|
| 亞太 | 82 | 4 | 2 |
| 歐洲 | 70 | 9 | 3 |
| 美洲 | 85 | 12.25 | 3.5 |
| 紐澳 | 80 | 36 | 6 |
選項分析
(A) 錯誤。紐澳分公司員工得 分,其標準分數為
第 34 題2 分
某手機遊戲公司設計一個共有 3 道關卡的闖關遊戲,如果隨機變數 代表闖關者通過的關卡數,即 的可能值為 0、1、2 或 3,遊戲公司希望隨機變數 的分配是一成功機率為 的二項式分配(binomial distribution)。隨機取得 800 名闖關者闖關資料如下:
| 通過關卡數 | 0 | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|---|
| 人數 | 50 | 300 | 400 | 50 |
欲檢定 的分配是否為成功機率為 的二項式分配(binomial distribution),卡方(chi-square)檢定統計量值為:
核心觀念
本題評量重點為卡方適合度檢定(Chi-Square Goodness-of-Fit Test)應用於離散型機率分配(二項式分配)之檢定統計量計算。
- 二項分配之機率質量函數(PMF): 若隨機變數 服從試驗次數 、成功機率 的二項分配,即 ,其機率質量函數為:
- 理論期望次數(Expected Frequency): 設樣本總人數為 ,第 組之理論期望次數 為:
- 皮爾森卡方檢定統計量(Pearson's Chi-Square Test Statistic): 其中 為第 組之觀察次數(Observed Frequency), 為理論期望次數, 為類別總數(本題 )。
解題方法
步驟一:建立統計假設
- 虛無假設 :隨機變數
- 對立假設 :隨機變數 不服從
步驟二:計算各關卡數之理論機率
將 代入二項分配公式:
步驟三:計算理論期望次數
已知樣本總人數 人:
步驟四:計算各組卡方值與檢定統計量
依公式 分別計算四組數值:
- :
- :
第 35 題2 分
假定一大型輪胎公司其生產之輪胎可行駛之哩程數服從平均值為 且標準差為 200 的常態分配。若 是該公司隨機檢測 個輪胎可行駛哩程數的隨機變數,且樣本平均統計量 用來估計 。如果 不大於 20 的機率約為 0.95,則所取樣本數約為:
核心觀念
本題考查母體標準差已知時,樣本平均數的抽樣分配,以及常態分配下的機率與樣本數計算。若母體為常態分配,則
題目給定母體標準差 ,要求樣本平均數與母體平均數的差距不超過 的機率約為 。
解題方法
將誤差界限標準化:
標準常態分配中央約 的範圍為 至 ,因此
解得
樣本數取整數,故約需 個輪胎,對應選項 (C)。
選項分析
第 36 題2 分
一離散型隨機變數(discrete random variable) 其機率函數(probability function)為
下列敘述何者正確?
核心觀念
離散型隨機變數的機率函數必須符合兩項條件:各點機率皆不小於 ,且所有可能取值的機率總和等於 。期望值則為
解題方法
先由機率總和為 求出 的可行值:
整理得
所以 或 。兩值代回各點機率都不小於 ,因此皆可行。
接著分別計算期望值:
- 時,三個取值 的機率依序為 ,故
- 時,機率依序為 ?
第 37 題2 分
下表是關於某大都會區 300 間餐廳其「晚餐平均價位」與「客人的評價」之次數分配表:
| 晚餐平均價位/客人評價 | 有待改進() | 普通() | 高度推薦() |
|---|---|---|---|
| 中低價位:少於 1000 元() | 50 | 100 | 50 |
| 高價位:千元以上() | 10 | 50 | 40 |
若 代表餐廳評價為有待改進, 代表餐廳評價為普通, 代表餐廳評價為高度推薦; 代表餐廳晚餐平均價位為中低價位, 代表餐廳晚餐平均價位為高價位,下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考查聯合機率、聯集機率、條件機率與獨立事件。全體共有 間餐廳,因此各事件機率可由相應的餐廳數除以 求得。
兩事件 、 獨立的定義為:
也可用條件機率檢驗:若 ,則 、 獨立當且僅當 。
解題方法
先計算列合計、欄合計與全體數量:
- (中低價位): 間。
- (高價位): 間。
- (有待改進): 間。
- (普通): 間。
- (高度推薦): 間。
檢驗選項 (B):高價位且普通的餐廳有 間,所以
而
因此 , 與 獨立。
選項分析
(A) 錯誤。 表示「中低價位,且評價為有待改進或普通」的餐廳,共有 間。因此
第 38 題2 分
隨機訪問 18 名民眾對 3 名政府官員施政表現給予評分,其中 為 6 名民眾給官員甲的分數, 為另 6 名民眾給官員乙的分數,而 是其他 6 名民眾給官員丙的分數。所得之資料其相關資訊如下:
\bar{y}=\frac{\sum_{i=1}^{6}y_i}{6}=60,\quad \bar{z}=\frac{\sum_{i=1}^{6}z_i}{6}=80,$$ $$\sum_{i=1}^{6}x_i^2=29900,\quad \sum_{i=1}^{6}y_i^2=22100,\quad \sum_{i=1}^{6}z_i^2=38900.$$ 若欲檢定此 3 官員在一般民眾的平均評分是否一致,關於單因子變異數分析(one-way ANOVA)的敘述,下列何者正確?核心觀念
本題評量單因子變異數分析(One-way ANOVA)的基本架構、平方和分割原理及其均方統計量的統計性質:
- 平方和分割(Sum of Squares Identity): 其中 為總平方和(Total Sum of Squares)、 為處理(組間)平方和(Sum of Squares due to Treatments)、 為誤差(組內)平方和(Sum of Squares due to Errors)。
- 均方(Mean Square)之定義與自由度:
- 處理自由度:( 為組數)。
- 誤差自由度:( 為總樣本數)。
- 處理均方:。
- 誤差均方:。
- 均方的期望值性質:
- 恆為組內母體共同變異數 的不偏估計式,即不論虛無假說 是否成立,。
- 僅在虛無假說 成立時, 才是 的不偏估計式;若 不成立,則 。
解題方法
1. 整理已知數據
- 組數(官員人數):。
- 各組樣本數:,總樣本數 。
- 各組樣本平均數:。
- 各組平方和:。
2. 計算總平均數(Grand Mean, )
因各組樣本數相等,總平均數為各組平均數之算術平均:
3. 計算處理平方和()與處理均方()
處理平方和為各組平均與總平均之離均差平方加權和:
處理自由度為:
第 39 題2 分
有關用來估計母體平均 及母體比率 的樣本平均統計量 以及樣本比率統計量 的敘述,下列何者錯誤?(假定樣本數為 。)
核心觀念
本題考樣本平均 與樣本比率 的期望值、變異數,以及有限母體簡單隨機不置回抽樣的抽樣機率。
樣本平均與樣本比率都是母體參數的不偏估計量:
有限母體不置回抽樣時,樣本觀察值彼此不獨立,估計量的變異數須納入有限母體修正;無限母體抽樣或可視為獨立抽樣時,則使用一般的獨立抽樣變異數公式。
解題方法
逐項核對各敘述使用的抽樣情境與公式。關鍵在於:有限母體不置回抽樣的樣本比率變異數,不能直接套用無限母體或獨立抽樣的公式 ,而須乘上有限母體修正因子。
選項分析
(A) 正確。 若母體值為 ,樣本平均的期望值等於母體平均:
將每個母體單位是否具有某項特徵記為 或 ,樣本比率即為這些指標值的樣本平均,因此:
所以兩者皆為不偏估計量。
(B) 錯誤,為本題答案。 有限母體採簡單隨機不置回抽樣時,樣本比率變異數需包含有限母體修正。若母體大小為 ,母體比率為 ,則:
第 40 題2 分
某民調機構針對某一候選人甲的支持率 得到以下兩份問卷結果:
| 問卷 | 支持候選人甲的人數 | 問卷人數 |
|---|---|---|
| 第一份問卷 | 90 | 400 |
| 第二份問卷 | 360 | 1600 |
下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考查母體比例 的估計與假設檢定。樣本比例為 ;檢定 時,常態近似的檢定統計量為
在相同信心水準下,比例信賴區間的寬度與標準誤 成正比;信心水準愈高,區間愈寬。
解題方法
兩份問卷的樣本比例相同:
檢定時兩份問卷的觀察比例雖然相同,但樣本數不同,標準誤不同。因此對同一個虛無假設,檢定統計量可能不同。以選項(D)的 為例:
第一份問卷:
雙尾檢定在 下,臨界值為 。因為 ,不拒絕 。
第二份問卷: