Q Final Sprint墨大 BCom 大一 · 期末复习
Week 6 · 统计推断起点

抽样分布 · CLT · 置信区间

这是整门课的分水岭:从这一周开始,"统计推断"正式登场。理解这一周,后面五周就都顺了;不理解,后面就是背公式。

考点密度 ★★★★★ 预计分值 10–13 分(CI) 建议用时 2 小时 分水岭 · 必须通

一、这一周在讲什么

抽样误差(sampling error) = \( \bar{x}-\mu \),是统计量与总体参数之差。它不可消除(因为只抽了一部分),但可以量化——量化的工具就是抽样分布。

1.1 抽样分布:对"统计量"的分布

如果换一个样本,\( \bar{x} \) 就会变。所有可能样本的 \( \bar{x} \) 形成的分布,叫抽样分布。注意:它是统计量的分布,不是原始数据的分布。这个区分本身就是一道概念题。

1.2 估计量的三个性质(概念必考)

性质含义一句话
无偏 unbiased期望等于参数\( E[\bar{x}]=\mu \):长期平均正好命中
有效 efficient方差最小在所有无偏估计量里波动最小
一致 consistentn 增大收敛到参数样本越大越接近真相

1.3 中心极限定理(CLT):推断的"许可证"

ℹ️
CLT

无论总体分布如何,当 \( n \) 足够大(经验法则 \( n\ge 30 \))时,\( \bar{X} \) 近似服从 \( N\!\left(\mu,\dfrac{\sigma}{\sqrt{n}}\right) \)。这就是为什么我们敢在非正态数据上用 z 与 t。

考试表述模板 \[ \text{"Because } n\ge 30, \text{ the CLT implies the sampling distribution of } \bar{X} \text{ is approximately normal, so the z/t procedure is valid."} \]
这句是"假设检查"的送分点,凡是小样本题都要写。

1.4 z 还是 t?——每道题的第一个决策点

步骤问自己如果"是"
1题目给了总体 \( \sigma \) 吗?用 z(且总体正态或 \( n\ge 30 \))
2只给了样本 \( s \)?用 t,\( \df=n-1 \)(单样本)
3这是两个样本吗?双样本 t,df 按 Case 2 或 Case 3
4这是比例而非均值?用 z,并先检查 \( n\pi\ge 10,\ n(1-\pi)\ge 10 \)
5这是回归系数?用 t,\( \df=n-2 \)

二、核心公式与图形

标准误 \[ \sigma_{\bar{x}} = \SE(\bar{x}) = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}, \qquad \sigma_p = \sqrt{\frac{\pi(1-\pi)}{n}} \]
标准误 = 估计量抽样分布的标准差。分母是 \( \sqrt{n} \) 不是 n。\( \sigma \) 未知时用 \( s \) 代替。
三类置信区间 \[ \text{均值,}\sigma\text{ 已知}:\ \bar{x} \pm z_{\alpha/2}\frac{\sigma}{\sqrt{n}} \] \[ \text{均值,}\sigma\text{ 未知}:\ \bar{x} \pm t_{\alpha/2}\frac{s}{\sqrt{n}},\quad \df=n-1 \] \[ \text{比例}:\ p \pm z_{\alpha/2}\sqrt{\frac{p(1-p)}{n}}, \qquad p=\frac{x}{n} \]
常用临界值:\( z_{0.10}=1.645,\ z_{0.05}=1.960,\ z_{0.01}=2.576 \)。
点估计 x̄ 下界 上界 区间长度 = 2 × 临界值 × 标准误 置信水平 1−α 的面积
图 1:置信区间的构造。区间宽度由临界值与标准误共同决定——想变窄就增大 n 或降低置信水平。
实线 = 标准正态 z 虚线 = t 分布(df 小,厚尾、峰低) df 越小,t 的尾部越厚,临界值越大
图 2:z 与 t 的对比。95% 双尾时 z=1.960,而 t(df=9)要 2.262。

三、考点清单与预测题型

题型出现概率分值拿分要点
计算 均值 CI(z 或 t)必考4定 z/t → 套公式 → 写完整解释句。
计算 比例 CI较高3–4先检查 \( x\ge10,\ n-x\ge10 \);用样本 p。
推理 两 CI 重叠的含义中等2–3"cannot rule out that the two proportions are the same."
概念 CI 变窄的方法 / 为什么用 t较高2增大 n 或降低置信水平;\( \sigma \) 未知。
概念 无偏/有效/一致中等2三句话定义。

依据:课件原题 "\( n=20,\ \bar{x}=510,\ s=73.77 \), construct a 90% CI for \( \mu \)" → \( \df=19 \),\( t=1.729 \),区间 [481.48, 538.52];分值估计来自 考试情报 §六 的置信区间板块(10–13 分)。

四、典型例题精讲

例题 1 · 均值的 t 置信区间 4

某 MBA 入学考试成绩抽样 \( n=20 \),\( \bar{x}=510 \),\( s=73.77 \)。构造 90% 置信区间并解释。

点击展开:解答与评分点

\( \sigma \) 未知 → 用 t,\( \df=19 \),\( \alpha=0.10 \Rightarrow t_{0.05,19}=1.729 \)。

标准误 \( = s/\sqrt{n} = 73.77/\sqrt{20} = 73.77/4.4721 = 16.494 \)。

区间 \( = 510 \pm 1.729 \times 16.494 = 510 \pm 28.52 = [481.48,\ 538.52] \)。

解释:"We are 90% confident that the population mean GMAT score of all MBA applicants lies between 481.48 and 538.52."

评分点:① 声明用 t 因为 \( \sigma \) 未知(1 分)|② 临界值 \( t_{0.05,19} \)(1 分)|③ 标准误(1 分)|④ 区间数值(1 分)。解释句另计(写在结论里)。

陷阱:查 \( t_{0.10,19} \)(单尾)而不是双尾 \( t_{0.05,19} \)——90% CI 是双尾,两侧各留 5%。

例题 2 · 比例置信区间 3

随机抽取 250 笔交易,其中 22 笔退货。构造退货率的 95% 置信区间(含条件检查)。

点击展开:解答与评分点

\( p = 22/250 = 0.088 \)。

条件检查:\( x=22\ge10 \) 且 \( n-x=228\ge10 \) ✓,可用正态近似。

标准误 \( = \sqrt{p(1-p)/n} = \sqrt{0.088\times0.912/250} = \sqrt{0.0003211} = 0.01792 \)。

区间 \( = 0.088 \pm 1.96(0.01792) = 0.088 \pm 0.0351 = [0.0529,\ 0.1231] \)。

解释:"We are 95% confident that the true return rate lies between 5.29% and 12.31%."

评分点:① 条件检查(1 分)|② 标准误(1 分)|③ 区间 + 解释句(1 分)。

陷阱:比例 CI 用样本 \( p \);而下周的比例检验用 \( \pi_0 \)。分母不同,别混。

例题 3 · CI 重叠的推理 2

两组比例的 95% CI 分别为 [0.42, 0.58] 与 [0.45, 0.61]。能否断言两个总体比例不同?

点击展开:解答与评分点

两个区间重叠,因此不能排除两个总体比例相同——差异可能只是抽样波动。"We cannot rule out that the two population proportions are the same; the difference could be due to sampling variation."

评分点:① 指出重叠(1 分)|② 给出"不能排除相同"的结论与理由(1 分)。

注意:严格判断两组差异应做两比例检验(Week 9),而不是只看 CI 是否重叠——但本题问的就是这个直觉。

五、易错点与考场技巧

易错点正确做法
解释成"\( \mu \) 有 90% 概率落在区间内"\( \mu \) 是固定的;正确解释是关于"方法"的,用 "We are 90% confident…"。
比例 CI 用 \( \pi_0 \)比例 CI 用样本 \( p \);比例检验才用 \( \pi_0 \)。
标准误里用错 nn 是该样本的样本量;双样本题里别用总观测数。
只查单尾 t 临界值CI 用的是 \( t_{\alpha/2,n-1} \)。
忘记写假设/条件检查大样本写 CLT;小样本写"总体近似正态"。
💡
考场技巧

CI 题固定四步:① 定 z/t → ② 写临界值与标准误 → ③ 算区间 → ④ 写解释句。第 ④ 步是独立的送分点,很多人算完就停,白白丢分。参考 速查表 §六 的模板句。

六、3 分钟自测

自测 1某样本 \( n=20 \),\( s=10 \),\( \sigma \) 未知。总体均值 95% CI 使用的临界值是?
A\( z=1.960 \)
B\( t_{0.025,19}=2.093 \)
C\( t_{0.05,20}=1.725 \)
D\( z=2.576 \)
自测 2要让置信区间变窄,下列哪个做法无效?
A增大样本量 n
B降低置信水平(如 95% → 90%)
C把样本均值调大
D减小样本标准差
自测 3关于 \( \bar{X} \) 的抽样分布,哪句话正确?
A中心是 \( \mu \),标准差是 \( \sigma/\sqrt{n} \),n 大时近似正态
B中心是 \( \bar{x} \),标准差是 s
C只有当总体正态时才有定义
D标准差等于总体的 \( \sigma \)

上一周:Week 5 · 连续与正态分布|下一周:Week 7 · 单样本假设检验

🧠
不是记不住

你不是记不住,你只是还没重复够。