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1[경찰간부후보생 통계학] 23년 1회차
평균이 5로 알려져 있고 분산은 알려져 있지 않은 정규모집단으로부터의 크기 15인 확률표본을 X1, X2, ⋯ , X15X_{1} , \, X_{2} , \, \cdots , \, X_{15}라 할 때, 모분산 σ2\sigma^{2}에 대한 90% 신뢰구간은? 단, χα2(k)\chi_{\alpha}^{2} ( k )는 자유도 kk인 카이제곱분포의 제100(1−α)100 ( 1 - \alpha ) 백분위수이며, barXbarX는 표본평균이다.
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(∑i=115(Xi−5)2χ0.052(15),    ∑i=115(Xi−5)2χ0.952(15))\left( \frac{\sum_{i = 1}^{15} ( X_{i} - 5 )^{2}}{\chi_{0.05}^{2} ( 15 )} , \; \; \frac{\sum_{i = 1}^{15} ( X_{i} - 5 )^{2}}{\chi_{0.95}^{2} ( 15 )} \right)
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(∑i=115(Xi−5)2χ0.052(14),    ∑i=115(Xi−5)2χ0.952(14))\left( \frac{\sum_{i = 1}^{15} ( X_{i} - 5 )^{2}}{\chi_{0.05}^{2} ( 14 )} , \; \; \frac{\sum_{i = 1}^{15} ( X_{i} - 5 )^{2}}{\chi_{0.95}^{2} ( 14 )} \right)
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(∑i=115(Xi−Xˉ)2χ0.052(15),    ∑i=115(Xi−Xˉ)2χ0.952(15))\left( \frac{\sum_{i = 1}^{15} ( X_{i} - {\bar{X}} )^{2}}{\chi_{0.05}^{2} ( 15 )} , \; \; \frac{\sum_{i = 1}^{15} ( X_{i} - {\bar{X}} )^{2}}{\chi_{0.95}^{2} ( 15 )} \right)
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(∑i=115(Xi−Xˉ)2χ0.052(14),    ∑i=115(Xi−Xˉ)2χ0.952(14))\left( \frac{\sum_{i = 1}^{15} ( X_{i} - {\bar{X}} )^{2}}{\chi_{0.05}^{2} ( 14 )} , \; \; \frac{\sum_{i = 1}^{15} ( X_{i} - {\bar{X}} )^{2}}{\chi_{0.95}^{2} ( 14 )} \right)
해설

모평균이 5로 알려져 있으므로 ∑(Xi−5)2\sum (X_{i} - 5)^{2}과 자유도 15를 쓴 구간이 답이다.

모평균을 알 때의 추축량은 다음과 같다.
∑i=115(Xi−5)2σ2∼χ2(15)\dfrac{\sum_{i = 1}^{15} (X_{i} - 5)^{2}}{\sigma^{2}} \sim \chi^{2}(15)

평균을 추정하지 않으므로 자유도가 줄지 않는다. 이 추축량이 χ0.952(15)\chi_{0.95}^{2}(15)와 χ0.052(15)\chi_{0.05}^{2}(15) 사이에 있을 확률이 0.90이므로, σ2\sigma^{2}에 대해 풀면 해당 구간이 된다.

  • ∑(Xi−5)2\sum (X_{i} - 5)^{2}에 자유도 14를 쓴 구간은 평균을 알면서 자유도를 줄였다.
  • ∑(Xi−Xˉ)2\sum (X_{i} - \bar{X})^{2}에 자유도 15를 쓴 구간은 표본평균을 썼는데 자유도를 줄이지 않았다.
  • ∑(Xi−Xˉ)2\sum (X_{i} - \bar{X})^{2}에 자유도 14를 쓴 구간은 모평균을 모를 때의 구간으로, 알려진 값 5를 쓰지 않았다.

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