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普考申論題 112年 [經建行政] 統計學概要

第 一 題

📖 題組:
保護動物協會想根據某型寵物犬成犬的體重(自變數 X),預測其 3 年內的就醫次數(因變數 Y),所蒐集到的資料如下:n = 8, $\sum_{i=1}^{n} x_i = 40$, $\sum_{i=1}^{n} y_i = 84$, $\sum_{i=1}^{n} x_i^2 = 210$, $\sum_{i=1}^{n} y_i^2 = 980$, $\sum_{i=1}^{n} x_i y_i = 390$。
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

試分別計算 X 和 Y 的樣本標準差。

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看到這題,首先確認題目明確要求計算「樣本」標準差,因此計算變異數時分母必須使用自由度 (n-1),切勿用母體變異數的 n。解題關鍵在於熟練運用快捷公式計算離均差平方和(如 SS_xx),求出變異數後再開平方根即可。

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【解題關鍵】利用樣本變異數快捷公式 $S^2 = \frac{\sum X^2 - \frac{(\sum X)^2}{n}}{n-1}$ 計算出變異數後,再取正平方根求得樣本標準差。 【解答】 計算:

小題 (二)

試分別計算 X 和 Y 的變異係數。

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看到「變異係數(CV)」題型,應立即聯想其定義公式為「標準差除以平均數」。利用題目給定的平方和與總和資料,先分別計算出 X 和 Y 的樣本平均數與樣本標準差,最後代入 CV 公式求解並轉為百分比表示。

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【解題關鍵】變異係數公式為 $CV = \frac{S}{\bar{X}} \times 100%$,需先利用平方法則求出樣本變異數 $S^2 = \frac{\sum X^2 - n\bar{X}^2}{n-1}$。 【解答】 計算:

小題 (三)

欲判斷 X 和 Y 何者變化較大,建議使用標準差或變異係數?請說明理由。

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看到比較兩組資料「變化大小(變異程度)」時,首先要注意兩者的「單位」與「平均數」是否相同。若單位不同(如體重與次數)或平均數差異大,絕對不能直接比較標準差,必須計算並使用「變異係數 (Coefficient of Variation, CV)」來衡量相對變異程度。

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【解題思路】比較不同測量單位或平均數差異較大的兩組資料變異程度時,應使用變異係數(CV)以消除單位與尺度的影響。 【詳解】 已知:

小題 (四)

試求迴歸方程式。

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遇到求迴歸方程式的題型,首要任務是確立最小平方法(OLS)的估計公式。應先依序計算出樣本平均數(x̄, ȳ),接著代入公式求出離均差平方和(SSxx)與交乘和(SSxy),最後推導出斜率與截距。步驟必須嚴謹,以免計算錯誤導致後續相關係數或變異數分析全盤皆錯。

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【解題關鍵】利用最小平方法(Least Squares Method)公式,先求算離均差交乘和 $SS_{xy}$ 與自變數離均差平方和 $SS_{xx}$,進而推導估計之迴歸係數。 【解答】 假設簡單線性迴歸方程式為 $\hat{y} = \hat{\beta}_0 + \hat{\beta}_1 x$,其中 $\hat{\beta}_1$ 為斜率,$\hat{\beta}_0$ 為截距。

小題 (五)

令x 與 y 為樣本平均,試說明迴歸線必通過( x, y ) 。

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看到證明「迴歸線必通過樣本平均點」,應直覺聯想到利用「最小平方法(OLS)」的正規方程式。透過將誤差平方和對截距項偏微分並令其為零,即可推導出 $\bar{y} = \hat{\beta}_0 + \hat{\beta}_1 \bar{x}$ 的關係式,從而得證此為普適的數學性質,無需代入題幹數值計算。

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【解題思路】利用最小平方法(Ordinary Least Squares, OLS)極小化誤差平方和的正規方程式進行代數推導證明。 【詳解】 已知:簡單線性迴歸的估計方程式為 $\hat{y}_i = \hat{\beta}_0 + \hat{\beta}_1 x_i$(其中 $\hat{\beta}_0$ 為截距估計值,$\hat{\beta}_1$ 為斜率估計值)。

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