Podobnie jak w teście dla średniej w teście dla dwóch średnich mamy 3 modele.
Uwaga: Spośród wszystkich testów hipotez, test dla dwóch średnich (w mojej opinii) różni się najmocniej wzorami na różnych uczelniach i w różnych książkach. Zwróć więc uwagę na wzory, jakie stosuje się na Twojej uczelni.
Próby niezależne - np. kobiety i mężczyźni, mieszkańcy miasta A i miasta B. Próby zależne - najczęściej "przed i po", np. ciśnienie przed i po wzięciu leku - badanie dotyczy tej samej próbki, ale w dwóch momentach czasu.
Model 1
Próby niezależne, znane odchylenia standardowe populacji lub duże próby.
Obszar krytyczny znajdujemy z tablic rozkładu normalnego.
Model 2
Próby niezależne, nieznane odchylenie standardowe populacji i małe próby. Wzór matematyczny: t równa się ułamek: licznik x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu minus x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu; mianownik pierwiastek kwadratowy z: ułamek: licznik n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu razy s z indeksem dolnym: 1; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów plus n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu razy s z indeksem dolnym: 2; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów; mianownik n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu plus n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu minus 2; koniec ułamka nawias otwierający ułamek: licznik 1; mianownik n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu; koniec ułamka plus ułamek: licznik 1; mianownik n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu; koniec ułamka nawias zamykający; koniec pierwiastka; koniec ułamka.
Obszar krytyczny znajdujemy z tablic rozkładu t-Studenta dla Wzór matematyczny: n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu plus n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu minus 2. stopni swobody.
Model 3
Próby zależne (inaczej: test dla różnicy średnich).
Testujemy hipotezę Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 0; koniec indeksu dwukropek mi z indeksem dolnym: z; koniec indeksu równa się 0., gdzie Wzór matematyczny: mi z indeksem dolnym: z; koniec indeksu. to średnia różnic (czyli testujemy hipotezę, że różnica między badanymi próbkami jest równa 0). Wzór matematyczny: t równa się ułamek: licznik z z kreską nad wyrażeniem; mianownik s z indeksem dolnym: z; koniec indeksu; koniec ułamka pierwiastek kwadratowy z: n minus 1; koniec pierwiastka.
Obszar krytyczny znajdujemy z tablic rozkładu t-Studenta dla Wzór matematyczny: n minus 1. stopni.
Przykład - model 1
Badano wielkość plonu z hektara dla upraw gruszek gatunku "A" i gatunku "B". Zmierzono wielkość plonu z dziesięciu 1-hektarowych pół obsianych gatunkiem "A" i z 10 obsianych gatunkiem "B". Otrzymano dla gatunku "A" średnią wartość plonu Wzór matematyczny: x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu równa się 6 przecinek 65., a dla gatunku "B" Wzór matematyczny: x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu równa się 6 przecinek 36.. Wiadomo, że wariancja pomiaru wynosi dla gatunku "A" Wzór matematyczny: sigma z indeksem dolnym: 1; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów równa się 0 przecinek 05., a dla gatunku "B" Wzór matematyczny: sigma z indeksem dolnym: 2; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów równa się 0 przecinek 06.. Zakładamy, że wielkość plonu z hektara ma rozkład normalny. Na poziomie istotności Wzór matematyczny: alfa równa się 0 przecinek 05. zweryfikować hipotezę, że wartości przeciętne plonu z hektara są dla obu gatunków jednakowe wobec hipotezy alternatywnej mówiącej, że są różne.
Rozwiązanie: Mamy następujące dane: Wzór matematyczny: n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu równa się 10 n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu równa się 10. Wzór matematyczny: x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu równa się 6 przecinek 65 x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu równa się 6 przecinek 36. Wzór matematyczny: sigma z indeksem dolnym: 1; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów równa się 0 przecinek 05 sigma z indeksem dolnym: 2; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów równa się 0 przecinek 06. Wzór matematyczny: alfa równa się 0 przecinek 05.
Test istotności dla 2 średnich: Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 0; koniec indeksu dwukropek x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu równa się x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu. Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu dwukropek x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu różne od x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu.
Odchylenia są znane, zatem statystyka testowa ma postać: Wzór matematyczny: u równa się ułamek: licznik x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu minus x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu; mianownik pierwiastek kwadratowy z: ułamek: licznik sigma z indeksem dolnym: 1; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów; mianownik n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu; koniec ułamka plus ułamek: licznik sigma z indeksem dolnym: 2; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów; mianownik n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu; koniec ułamka; koniec pierwiastka; koniec ułamka równa się ułamek: licznik 6 przecinek 65 minus 6 przecinek 36; mianownik pierwiastek kwadratowy z: ułamek: licznik 0 przecinek 05; mianownik 10; koniec ułamka plus ułamek: licznik 0 przecinek 06; mianownik 10; koniec ułamka; koniec pierwiastka; koniec ułamka równa się 2 przecinek 765. Wzór matematyczny: u. ma rozkład normalny, test obustronny: Wzór matematyczny: 1 minus ułamek: licznik alfa; mianownik 2; koniec ułamka równa się 0 przecinek 975. Wzór matematyczny: u z indeksem dolnym: 1 minus ułamek: licznik alfa; mianownik 2; koniec ułamka; koniec indeksu równa się u z indeksem dolnym: 0 przecinek 975; koniec indeksu równa się 1 przecinek 96.
Obszar krytyczny testu: Wzór matematyczny: nawias otwierający minus nieskończoność średnik minus 1 przecinek 96 nawias kątowy zamykający suma zbiorów nawias kątowy otwierający 1 przecinek 96 średnik plus nieskończoność nawias zamykający. Wzór matematyczny: u. jest w obszarze krytycznym, odrzucamy hipotezę zerową na rzecz hipotezy alternatywnej, wielkość plonu między gatunkami "A" i "B" różni się istotnie statystycznie.
Przykład - model 2
Zbadano dwie partie próbek 100 gramowych wątroby ze względu na zawartość węglowodanów. Zawartości węglowodanów dla I partii próbek (w g) były następujące: 15; 17; 16; 17; 18,5; 18; 17,5. Dla II partii liczącej Wzór matematyczny: n równa się 10. próbek średnia zawartość węglowodanów wynosi Wzór matematyczny: x z kreską nad wyrażeniem równa się 15 przecinek 5. g i odchylenie standardowe Wzór matematyczny: s równa się 1 przecinek 1. g. Na poziomie istotności Wzór matematyczny: alfa równa się 0 przecinek 05. zweryfikować hipotezę, że badane partie próbek pochodzą z populacji generalnych o tej samej średniej zawartości węglowodanów.
Rozwiązanie: Mamy małe próby (liczebności 7 i 10) oraz nie są podaje w poleceniu odchylenia standardowe populacji, więc stosujemy model 2.
Zgodnie z treścią zadania stawiamy hipotezę, że średnie zawartości węglowodanów w próbkach 100 gramowych wątroby w obu partiach są jednakowe, tzn. stawiamy hipotezę zerową Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 0; koniec indeksu dwukropek m z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu równa się m z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu.. Mamy dwie populacje generalne związane z różnymi partiami próbek 100 gramowych wątroby. Próby w populacjach generalnych mają obliczone parametry.
I partia: Wzór matematyczny: n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu równa się 7 x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu równa się 17 s z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu równa się 1 przecinek 102.
II partia: Wzór matematyczny: n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu równa się 10 x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu równa się 15 przecinek 5 s z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu równa się 1 przecinek 1.
Indeksy przy podstawowych parametrach dotyczą numeru populacji a z tym związanych numeru próby. Aby odpowiedzieć na postawione pytanie wybieramy hipotezę alternatywną pierwszą tzn. Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu dwukropek m z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu różne od m z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu..
Krok 1: Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 0; koniec indeksu dwukropek m z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu równa się m z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu., tzn. średnie zawartości węglowodanów są takie same. Wzór matematyczny: alfa równa się 0 przecinek 05. Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu dwukropek m z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu różne od m z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu., tzn. średnie zawartości węglowodanów są różne. Krok 2: Wzór matematyczny: t równa się ułamek: licznik x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu minus x z kreską nad wyrażeniem z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu; mianownik pierwiastek kwadratowy z: ułamek: licznik n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu razy s z indeksem dolnym: 1; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów plus n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu razy s z indeksem dolnym: 2; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów; mianownik n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu plus n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu minus 2; koniec ułamka nawias otwierający ułamek: licznik 1; mianownik n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu; koniec ułamka plus ułamek: licznik 1; mianownik n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu; koniec ułamka nawias zamykający; koniec pierwiastka; koniec ułamka.
statystyka t-Studenta o Wzór matematyczny: n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu plus n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu plus 2. stopniach swobody, tzn. wybraliśmy model 2 z grupy modeli testów istotności dla dwóch średnich.
Następnie obliczamy wartość statystyki z uzyskanej próby. Wzór matematyczny: t z indeksem dolnym: 0; koniec indeksu równa się ułamek: licznik 17 minus 15 przecinek 5; mianownik pierwiastek kwadratowy z: ułamek: licznik 7 razy nawias otwierający 1 przecinek 102 nawias zamykający do kwadratu plus 10 razy nawias otwierający 1 przecinek 1 nawias zamykający do kwadratu; mianownik 7 plus 10 minus 2; koniec ułamka nawias otwierający ułamek: licznik 1; mianownik 7; koniec ułamka plus ułamek: licznik 1; mianownik 10; koniec ułamka nawias zamykający; koniec pierwiastka; koniec ułamka równa się 2 przecinek 5975. Krok 3:
Z informacji w modelu wynika, że dla hipotezy alternatywnej pierwszej, obszar krytyczny ma wzór Wzór matematyczny: K równa się nawias otwierający minus nieskończoność średnik minus t z indeksem dolnym: alfa przecinek n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu plus n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu minus 2; koniec indeksu nawias zamykający suma zbiorów nawias otwierający t z indeksem dolnym: alfa przecinek n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu plus n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu minus 2; koniec indeksu średnik plus nieskończoność nawias zamykający.
Ponieważ statystyka testowa ma rozkład t-Studenta z tablic tego rozkładu odczytujemy Wzór matematyczny: t z indeksem dolnym: alfa przecinek n z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu plus n z indeksem dolnym: 2; koniec indeksu minus 2; koniec indeksu równa się t z indeksem dolnym: 0 przecinek 05 średnik 15; koniec indeksu równa się 2 przecinek 131.
a więc zbiór krytyczny ma postać Wzór matematyczny: K równa się nawias otwierający minus nieskończoność średnik minus 2 przecinek 131 nawias zamykający suma zbiorów nawias otwierający 2 przecinek 131 średnik plus nieskończoność nawias zamykający. Krok 4:
Wartość statystyki Wzór matematyczny: t z indeksem dolnym: 0; koniec indeksu równa się 2 przecinek 5975. należy do obszaru krytycznego Wzór matematyczny: K równa się nawias otwierający minus nieskończoność średnik minus 2 przecinek 131 nawias zamykający suma zbiorów nawias otwierający 2 przecinek 131 średnik plus nieskończoność nawias zamykający..tzn. Wzór matematyczny: t z indeksem dolnym: 0; koniec indeksu należy do K..
Decyzja: hipotezę zerową odrzucamy na korzyść hipotezy alternatywnej i twierdzimy z prawdopodobieństwem przynajmniej 0,95, że hipoteza alternatywna jest prawdziwa.
A więc twierdzimy z prawdopodobieństwem przynajmniej 0,95, że średnie teoretyczne zawartości węglowodanów w dwóch próbach są różne.
Przykład model 3
Spośród studentów pewnego wydziału uczelni wylosowano niezależnie 7 studentów IV roku i otrzymano dla nich następujące średnie oceny uzyskane w sesji egzaminacyjne na I i IV roku:
Student
I rok
IV rok
1
3,5
4,2
2
4
3,9
3
3,7
3,8
4
4,6
4,5
5
3,9
4,2
6
3
3,4
7
3,5
3,8
Zakładamy, że rozkład ocen jest normalny. Czy te rezultaty potwierdzają hipotezę, że średnie uzyskane po IV roku są lepsze niż po I roku? Przyjąć poziom istotności Wzór matematyczny: alfa równa się 0 przecinek 05..
Rozwiązanie: Mamy wartości tej samej zmiennej w dwóch okresach czasu - próby zależne a więc stosujemy model 3 Zbadamy hipotezę, że druga średnia jest większa od pierwszej czyli że różnica średnich U jest dodatnia. Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 0; koniec indeksu dwukropek U równa się 0. Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu dwukropek U większe niż 0.
Student
I rok
IV rok
U
1
3,5
4,2
0,7
2
4
3,9
-0,1
3
3,7
3,8
0,1
4
4,6
4,5
-0,1
5
3,9
4,2
0,3
6
3
3,4
0,4
7
3,5
3,8
0,3
Wzór matematyczny: u z kreską nad wyrażeniem równa się ułamek: licznik suma od: i równa się 1; do: 7; koniec granic U z indeksem dolnym: i; koniec indeksu; mianownik n; koniec ułamka równa się ułamek: licznik 0 przecinek 7 plus nawias otwierający minus 0 przecinek 1 nawias zamykający plus 0 przecinek 1 plus nawias otwierający minus 0 przecinek 1 nawias zamykający plus 0 przecinek 3 plus 0 przecinek 4 plus 0 przecinek 3; mianownik 7; koniec ułamka równa się 0 przecinek 2286. Wzór matematyczny: s z indeksem dolnym: u; oraz indeksem górnym: 2; koniec indeksów równa się ułamek: licznik suma od: i równa się 1; do: 7; koniec granic nawias otwierający U z indeksem dolnym: i; koniec indeksu minus u z kreską nad wyrażeniem nawias zamykający do kwadratu; mianownik n; koniec ułamka równa się ułamek: licznik nawias otwierający 0 przecinek 7 minus 0 przecinek 2286 nawias zamykający do kwadratu plus i tak dalej plus nawias otwierający 0 przecinek 3 minus 0 przecinek 2286 nawias zamykający do kwadratu; mianownik 7; koniec ułamka. Wzór matematyczny: s z indeksem dolnym: u; koniec indeksu równa się 0 przecinek 266. Wzór matematyczny: t równa się ułamek: licznik z z kreską nad wyrażeniem; mianownik s z indeksem dolnym: z; koniec indeksu; koniec ułamka pierwiastek kwadratowy z: n minus 1; koniec pierwiastka równa się ułamek: licznik 0 przecinek 2286; mianownik 0 przecinek 266; koniec ułamka razy pierwiastek kwadratowy z: 6; koniec pierwiastka równa się 2 przecinek 11. Wzór matematyczny: t z indeksem dolnym: k r y t; koniec indeksu równa się t z indeksem dolnym: 0 przecinek 95 średnik 6; koniec indeksu równa się 1 przecinek 943.
Obszar krytyczny: Wzór matematyczny: nawias kątowy otwierający 1 przecinek 943 średnik plus nieskończoność nawias zamykający.
Obliczona statystyka testowa należy do obszaru krytycznego, więc odrzucamy Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 0; koniec indeksu. i przyjmujemy Wzór matematyczny: H z indeksem dolnym: 1; koniec indeksu.. Zatem średnie wyniki po IV roku są wyższe.
W teście badającym pamięć uczniów, dla 8 wylosowanych uczniów otrzymano następujące liczby zapamiętanych przez nich elementów: 16, 13, 14, 21, 19, 18, 26, 17. Natomiast po specjalnym treningu pamięci grupa ta wykazałą następujące wyniki: 21, 17, 20, 26, 23, 22, 21, 18. Przyjmując poziom istotności Wzór matematyczny: alfa równa się 0.05. zweryfikować hipotezę, że trening zwiększa liczbę zapamiętanych przez uczniów elementów.
W pewnej firmie ubezpieczeniowej wylosowano niezależnie 150 polis na życie i 100 polis majątkowych. Średnia oraz odchylenie standardowe wieku w próbie posiadaczy polisy na życie wynosiła odpowiednio 45,2 lat i 7 lat, natomiast w próbie posiadaczy polis majątkowych: 51,3 lat i 10 lat.
Wiedząc, że wśród 500 polis wylosowanych niezależnie w badanej firmie 155 było polis na życie, oszacować przedziałowo odsetek polis majątkowych w badanej firmie. Przyjąć współczynnik ufności 0,99.
Komentarze