background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

 

 

Weryfikacja hipotez statystycznych 

 

 

 

Weryfikacja  (testowanie)  hipotez  statystycznych  stanowi  drugi,  obok  estymacji, 

podstawowy rodzaj wnioskowania statystycznego. 

 

 

Hipoteza statystyczna to ka de przypuszczenie dotycz ce wielko ci parametru rozkładu 

zmiennej  losowej  w  populacji  generalnej  lub  próbnej,  albo  te   postaci  tego  rozkładu, 

uzyskane na podstawie próby losowej. 

 

Wyró nia si  dwie grupy hipotez statystycznych: 

•  parametryczne, zwi zane z warto ciami parametrów, 

•  nieparametryczne, zwi zane z postaci  rozkładów. 

 

Testy parametryczne 

 

Oznaczenia: 

Θ -  parametr populacji generalnej 

T -  przypuszczalna (hipotetyczna) warto  parametru populacji generalnej 

H

0

 -  hipoteza zerowa o postaci: 

H

0

 : 

Θ = T 

co czyta si : 

 

"Stawiamy hipotez  zerow  głosz c ,  e warto  parametru 

Θ

 jest równa T" 

lub  

"Stawiamy hipotez  zerow  głosz c ,  e ró nica pomi dzy parametrem 

Θ

 a jego 

ocen  T jest statystycznie nieistotna (jest na poziomie zerowym)" 

 

St d nazwa - hipoteza zerowa

 

H

1

 -  hipoteza alternatywna (dla ka dej hipotezy zerowej okre la si  hipotez  alternatywn ) o 

postaciach: 

H

1

 : 

Θ   T 

H

1

 : 

Θ > T 

H

1

 : 

Θ < T 

 

Dwie ostatnie postaci hipotezy alternatywnej okre la si  jako hipotezy jednostronne. 

 

Postawion  hipotez  zerow  weryfikuje si  za pomoc  odpowiedniego sprawdzianu zwanego 

te  testem, który okre la si  jako zmienn  losow  o postaci: 

 

R

0

 = 

Θ   T 

 

wyznaczaj c   ró nic ,  dla  której  nast pnie  buduje  si  

obszar  krytyczny  odrzuce   hipotezy 

zerowej na podstawie warto ci krytycznej 

R

αααα

 dla danego 

poziomu istotno ci 

αααα

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Ka d  hipotez  zerow  weryfikuje si  z pewnym prawdopodobie stwem pewno ci zwanym 

poziomem ufno ci 1-

αααα

.  

 

 

Odrzucenie hipotezy zerowej H

0

 

 

 

Je eli  obliczona  na  podstawie  próby  warto   sprawdzianu 

R  znajduje  si   w  obszarze 

krytycznym odrzuce , to hipotez  zerow  

H

0

 odrzuca si  na korzy  hipotezy alternatywnej 

H

1

.  W  przypadku  przeciwnym  stwierdza  si ,  e  dla  danego  poziomu  istotno ci 

αααα

  nie  ma 

podstaw do odrzucenia hipotezy zerowej 

H

0

 

Procedura post powania dla zweryfikowania parametrycznej hipotezy zerowej H

0

 

 

1.

  okre li  hipotez  zerow  

H

0

 oraz jej alternatyw  

H

1

 

2.

  przyj  poziom istotno ci 

αααα

 oraz liczebno  próby 

3.

  okre li  rozkład zbiorowo ci generalnej 

4.

  okre li  test dla weryfikacji hipotezy zerowej 

H

0

 

5.

  obliczy  warto  testu na podstawie próby 

6.

  odczyta  z tablic rozkładu danego testu warto  krytyczn  wyznaczaj c  obszar odrzuce  

i przyj  (lub odrzuci ) hipotez  zerow  

H

0

  

 

Testy dla warto ci  redniej populacji 

 

Model I 

 

Badana  cecha  w  populacji  generalnej  ma  rozkład  normalny  N(

µ,σ), przy czym σ jest 

znane. Na podstawie n-elementowej próby zweryfikowa  hipotez  zerow : 

 

H

0

 : 

µ = µ

0

 

 
gdzie 

µ

0

  jest  konkretn ,  hipotetyczn   warto ci   redniej,  wobec  hipotezy  alternatywnej 

(dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ   µ

0

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 warto   redni  

x

 

1.2.

 warto  zmiennej standaryzowanej U wg wzoru: 

 

n

x

u

=

σ

µ

0

 

 

2.

  z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  N(0,1),  dla  zało onego  poziomu  

istotno ci 

α

 wyznacza si  warto  krytyczn  u

α/2

, tak  by zachodziło:  

P(|U| 

≥ u

α/2

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

 

|U| 

≥ u

α/2

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  u,  e zachodzi: 

 

|u

≥ u

α/2

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|u

< u

α/2

 

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

 

UWAGA: 

Powy szy  test  jest  testem  z  dwustronnym  obszarem  krytycznym  i  stosuje  si   go  tylko  dla 

dwustronnej hipotezy alternatywnej: 

 

H

1

 : 

µ   µ

0

 

 

Przypadek 1 

Hipoteza alternatywna H

1

 ma posta : 

 

H

1

 : 

µ < µ

0

 

 

W  tym  przypadku  stosuje  si   test  z  lewostronnym  obszarem  krytycznym,  okre lonym 

nierówno ci : 

 

≤ -u

α

 

 
przy  czym  warto   u

α

  wyznacz  si   z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  w  taki 

sposób by była spełniona zale no : 

 

P(U

≤ -u

α

) = 

α  

 

Hipotez   zerow   odrzuca  si ,  je eli  wyznaczona  z  próby  warto   zmiennej  u  spełnia 

nierówno : 

u

 

≤ -u

α

 

 

 

Przypadek 2 

Hipoteza alternatywna H

1

 ma posta : 

 

H

1

 : 

µ > µ

0

 

 

W  tym  przypadku  stosuje  si   test  z  prawostronnym  obszarem  krytycznym,  okre lonym 

nierówno ci : 

 

≥ u

α

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

 
przy  czym  warto   u

α

  wyznacz  si   z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  w  taki 

sposób by była spełniona zale no : 

 

P(U

≥ u

α

) = 

α  

 

Hipotez   zerow   odrzuca  si ,  je eli  wyznaczona  z  próby  warto   zmiennej  u  spełnia 

nierówno : 

u

 

≥ u

α

 

 

Model II 

 

Badana  cecha  w  populacji  generalnej  ma  rozkład  normalny  N(

µ,σ),  przy  czym 

odchylenie  standardowe  w  populacji 

σ  jest  nieznane.  W  oparciu  o  wyniki  małej  n-

elementowej próby zweryfikowa  hipotez  zerow : 

 

H

0

 : 

µ = µ

0

 

 
gdzie 

µ

0

  jest  konkretn ,  hipotetyczn   warto ci   redniej,  wobec  hipotezy  alternatywnej 

(dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ   µ

0

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 warto   redni  

x

 

1.2.

 odchylenie standardowe s 

1.3.

 warto  statystyki - zmiennej t wg wzoru: 

 

n

s

x

t

=

0

µ

 

która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład  t-Studenta  o  n-1  stopniach 

swobody 

 
2.

  z tablic rozkładu t-Studenta, dla ustalonego poziomu istotno ci 

α

 i dla n-1 stopni swobody 

odczytuje si  tak  warto  t

α

, by zachodziło:  

P(|T| 

≥ t

α

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|T| 

≥ t

α

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  t,  e zachodzi: 

 

|t

≥ t

α

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

|t

< t

α

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

 

Model III 

 

Badana cecha w populacji generalnej ma rozkład normalny N(

µ,σ) lub dowolny inny, o 

redniej 

µ  i  sko czonej  i  nieznanej  wariancji  σ.  Na  podstawie  wyników  z  du ej  n-

elementowej próby zweryfikowa  hipotez  zerow : 

 

H

0

 : 

µ = µ

0

 

 
gdzie 

µ

0

  jest  konkretn ,  hipotetyczn   warto ci   redniej,  wobec  hipotezy  alternatywnej 

(dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ   µ

0

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 warto   redni  

x

 

1.2.

 odchylenie standardowe s 

1.3.

 warto  zmiennej standaryzowanej U wg wzoru: 

 

n

s

x

u

=

0

µ

 

 

2.

  z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  N(0,1),  dla  zało onego  poziomu  

istotno ci 

α

  wyznacza si  warto  krytyczn  u

α/2

, tak  by zachodziło:  

 

P(|U| 

≥ u

α/2

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|U| 

≥ u

α/2

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  u,  e zachodzi: 

 

|u

≥ u

α/2

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|u

< u

α/2

 

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

 

 

 

 

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Testy dla równo ci  rednich dwóch populacji 

 

 

W  zastosowaniach  praktycznych  cz sto  zachodzi  potrzeba  sprawdzenia  hipotez 

dotycz cych  równo ci  warto ci  rednich  w  dwóch  populacjach.  W  zale no ci  od  tego  jak 

du y materiał do wiadczalny jest w dyspozycji stosuje si  jeden z trzech  modeli 

 

Model I 

 

Badamy  dwie  populacje  generalne  w  których  analizowane  parametry  maj   rozkłady 

normalne  N(

µ

1

,

σ

1

)  i  N(

µ

2

,

σ

2

),  przy  czym  znane  s   odchylenia  standardowe  w  tych 

populacjach 

σ

1

  i 

σ

2

.  W  oparciu  o  wyniki  dwu  niezale nych  prób  o  liczebno ciach 

odpowiednio n

1

 i n

2

 nale y sprawdzi  słuszno  hipotezy zerowej: 

 

H

0

 : 

µ

1

 = 

µ

2

 

 

wobec hipotezy alternatywnej (dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ

1

   

µ

2

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z prób oblicza si : 

1.1.

 warto ci  rednie 

1

x

 i 

2

x

 

1.2.

 warto  zmiennej standaryzowanej U wg wzoru: 

 

2

2

2

1

2

1

2

1

n

n

x

x

u

σ

σ

+

=

 

która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład  normalny  standaryzowany 

N(0,1) 

 

2.

  z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  N(0,1),  dla  zało onego  poziomu  

istotno ci 

α

 wyznacza si  warto  krytyczn  u

α/2

, tak  by zachodziło:  

 

P(|U| 

≥ u

α/2

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|U| 

≥ u

α/2

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  u,  e zachodzi: 

 

|u

≥ u

α/2

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|u

< u

α/2

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Model II 

 

Badamy  dwie  populacje  generalne  w  których  analizowane  parametry  maj   rozkłady 

normalne N(

µ

1

,

σ

1

) i N(

µ

2

,

σ

2

), przy czym odchylenia standardowe w tych populacjach 

σ

1

 i 

σ

2

 

nie s  znane ale jednakowe tj. 

σ

1

 = 

σ

2

.  W oparciu o wyniki dwu niezale nych 

małych prób o 

liczebno ciach odpowiednio n

1

 i n

2

 nale y sprawdzi  słuszno  hipotezy zerowej: 

 

H

0

 : 

µ

1

 = 

µ

2

 

 

wobec hipotezy alternatywnej (dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ

1

   

µ

2

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z prób oblicza si : 

1.1.

 warto ci  rednie 

1

x

 i 

2

x

 

1.2.

 wariancje 

2

1

s

 i 

2

2

s

 

1.3.

 warto  statystyki - zmiennej t wg wzoru: 

 

+

+

+

=

2

1

2

1

2

2

2

2

1

1

2

1

1

1

2

n

n

n

n

s

n

s

n

x

x

t

 

która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład  t-Studenta  o  (n

1

+n

2

-2) 

stopniach swobody 

 
2.

  z tablic rozkładu t-Studenta, dla ustalonego poziomu istotno ci 

α

 i dla n-1 stopni swobody 

odczytuje si  tak  warto  t

α

, by zachodziło:  

 

P(|T| 

≥ t

α

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|T| 

≥ t

α

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  t,  e zachodzi: 

 

|t

≥ t

α

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|t

< t

α

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

 

 

 

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Model III 

 

Badamy  dwie  populacje  generalne  w  których  analizowane  parametry  maj   rozkłady 

normalne  N(

µ

1

,

σ

1

)  i  N(

µ

2

,

σ

2

)  lub  inne  o  sko czonych  wariancjach 

2

1

σ

  i 

2

2

σ

,  które  s  

nieznane. W oparciu o wyniki dwu niezale nych 

du ych prób o liczebno ciach odpowiednio 

n

1

 i n

2

 nale y sprawdzi  słuszno  hipotezy zerowej: 

 

H

0

 : 

µ

1

 = 

µ

2

 

 

wobec hipotezy alternatywnej (dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ

1

   

µ

2

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z prób oblicza si : 

1.1.

 warto ci  rednie 

1

x

 i 

2

x

 

1.2.

 wariancje 

2

1

s

 i 

2

2

s

 

1.3.

 warto  zmiennej standaryzowanej U wg wzoru: 

 

2

2

2

1

2

1

2

1

n

s

n

s

x

x

u

+

=

 

która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład  normalny  standaryzowany 

N(0,1) 

 

2.

  z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  N(0,1),  dla  zało onego  poziomu  

istotno ci 

α

 wyznacza si  warto  krytyczn  u

α/2

, tak  by zachodziło:  

 

P(|U| 

≥ u

α/2

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|U| 

≥ u

α/2

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  u,  e zachodzi: 

 

|u

≥ u

α/2

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|u

< u

α/2

 

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Test dla wariancji populacji 

 

 

W  praktyce  du a  wariancja  jest  niekorzystna,  gdy   oznacza  du   niejednorodno  

analizowanej cechy, dlatego te  przy weryfikacji hipotez dotycz cych wariancji przyjmuje si  

jako hipotez  alternatywn  z obszarem krytycznym prawostronnym.  

 

Model 

 

Badana  cecha  w  populacji  generalnej  ma  rozkład  normalny  N(

µ,σ),  przy  czym 

parametry 

σ    i  µ  s   nieznane.  Na  podstawie  n-elementowej  próby  zweryfikowa   hipotez  

zerow : 

 

H

0

 : 

2

2

0

 

 
gdzie 

2

0

  jest  konkretn ,  hipotetyczn   warto ci   wariancji,  wobec  hipotezy  alternatywnej 

(prawostronnej): 

 

H

1

 : 

2

2

0

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 wariancj  z próby s

2

 

1.2.

 warto  zmiennej (statystyki) 

χ

2

 wg wzoru: 

 

=

=

=

n

i

i

x

x

s

n

1

2

2

0

2

0

2

2

)

(

1

)

1

(

σ

σ

χ

 

 
która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład 

χ

2

  (chi-kwadrat)  o  (n-1) 

stopniach swobody 

 
2.

  z  tablic  rozkładu 

χ

2

  (chi-kwadrat)  dla  zało onego  poziomu    istotno ci 

α

  i  (n-1)  stopni 

swobody wyznacza si  warto  krytyczn  

2

α

χ

, tak  by zachodziło:  

 

(

)

α

=

χ

χ

α

2

2

P

 

Nierówno : 

2

2

α

χ

χ

 

  

okre la prawostronny obszar krytyczny odrzuce , tzn. gdy jest spełniona to nale y odrzuci  

hipotez  zerow  H

0

 na rzecz hipotezy alternatywnej H

1

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

10

Test dla równo ci wariancji dwóch populacji 

 

 

W  praktyce  sytuacja taka  pojawia si ,  gdy  zachodzi  potrzeba  sprawdzania  hipotezy  o 

jednakowym stopniu rozproszenia badanej cechy w dwu populacjach. Zakład si ,  e badane 

populacje maja normalny rozkład analizowanej cechy. 

 

Model 

 

Rozpatrujemy  dwie  populacje,  w  których  badana  cecha  ma  odpowiednio  rozkład 

normalny N(

µ

1

,

σ

1

) i N(

µ

2

,

σ

2

), przy czym parametry tych rozkładów s  nieznane. W oparciu o 

wyniki  dwu  niezale nych  prób  o  liczebno ciach  odpowiednio  n

1

  i  n

2

  nale y  sprawdzi  

słuszno  hipotezy zerowej: 

 

H

0

 : 

2

1

2

2

 

 

wobec hipotezy alternatywnej (dwustronnej): 

 

H

1

 : 

2

1

 

2

2

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 wariancje z prób 

2

1

s

 i 

2

2

s

, przy czym musi zachodzi  

2

1

s

 

2

2

s

1.2.

 warto  zmiennej (statystyki) F wg wzoru: 

 

2

2

2

1

s

s

F

=

 

 

która  ma rozkład F-Snedecora z n

1

-1 i n

2

-1 stopniami swobody. 

 
2.

  z tablic rozkładu F-Snedecora dla zało onego poziomu  istotno ci 

α

 odczytuje si  warto  

krytyczn  F

α

, tak  by zachodziło:  

 

P(F 

≥ F

α

) = 

α 

 

Nierówno : 

 

F

 

≥ F

α

 

 

okre la prawostronny obszar krytyczny w te cie, tzn.  

 

 

dla 

 

  F

 

≥ F

α

 

→ odrzucamy hipotez  zerow  H

0

 na rzecz hipotezy alternatywnej H

1

 

 

 

a dla  

 

  F

 

< F

α

 

→ przyjmujemy hipotez  zerow  H

0

  

 

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

 

 

Weryfikacja hipotez statystycznych 

 

 

 

Weryfikacja  (testowanie)  hipotez  statystycznych  stanowi  drugi,  obok  estymacji, 

podstawowy rodzaj wnioskowania statystycznego. 

 

 

Hipoteza statystyczna to ka de przypuszczenie dotycz ce wielko ci parametru rozkładu 

zmiennej  losowej  w  populacji  generalnej  lub  próbnej,  albo  te   postaci  tego  rozkładu, 

uzyskane na podstawie próby losowej. 

 

Wyró nia si  dwie grupy hipotez statystycznych: 

•  parametryczne, zwi zane z warto ciami parametrów, 

•  nieparametryczne, zwi zane z postaci  rozkładów. 

 

Testy parametryczne 

 

Oznaczenia: 

Θ -  parametr populacji generalnej 

T -  przypuszczalna (hipotetyczna) warto  parametru populacji generalnej 

H

0

 -  hipoteza zerowa o postaci: 

H

0

 : 

Θ = T 

co czyta si : 

 

"Stawiamy hipotez  zerow  głosz c ,  e warto  parametru 

Θ

 jest równa T" 

lub  

"Stawiamy hipotez  zerow  głosz c ,  e ró nica pomi dzy parametrem 

Θ

 a jego 

ocen  T jest statystycznie nieistotna (jest na poziomie zerowym)" 

 

St d nazwa - hipoteza zerowa

 

H

1

 -  hipoteza alternatywna (dla ka dej hipotezy zerowej okre la si  hipotez  alternatywn ) o 

postaciach: 

H

1

 : 

Θ   T 

H

1

 : 

Θ > T 

H

1

 : 

Θ < T 

 

Dwie ostatnie postaci hipotezy alternatywnej okre la si  jako hipotezy jednostronne. 

 

Postawion  hipotez  zerow  weryfikuje si  za pomoc  odpowiedniego sprawdzianu zwanego 

te  testem, który okre la si  jako zmienn  losow  o postaci: 

 

R

0

 = 

Θ   T 

 

wyznaczaj c   ró nic ,  dla  której  nast pnie  buduje  si  

obszar  krytyczny  odrzuce   hipotezy 

zerowej na podstawie warto ci krytycznej 

R

αααα

 dla danego 

poziomu istotno ci 

αααα

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Ka d  hipotez  zerow  weryfikuje si  z pewnym prawdopodobie stwem pewno ci zwanym 

poziomem ufno ci 1-

αααα

.  

 

 

Odrzucenie hipotezy zerowej H

0

 

 

 

Je eli  obliczona  na  podstawie  próby  warto   sprawdzianu 

R  znajduje  si   w  obszarze 

krytycznym odrzuce , to hipotez  zerow  

H

0

 odrzuca si  na korzy  hipotezy alternatywnej 

H

1

.  W  przypadku  przeciwnym  stwierdza  si ,  e  dla  danego  poziomu  istotno ci 

αααα

  nie  ma 

podstaw do odrzucenia hipotezy zerowej 

H

0

 

Procedura post powania dla zweryfikowania parametrycznej hipotezy zerowej H

0

 

 

1.

  okre li  hipotez  zerow  

H

0

 oraz jej alternatyw  

H

1

 

2.

  przyj  poziom istotno ci 

αααα

 oraz liczebno  próby 

3.

  okre li  rozkład zbiorowo ci generalnej 

4.

  okre li  test dla weryfikacji hipotezy zerowej 

H

0

 

5.

  obliczy  warto  testu na podstawie próby 

6.

  odczyta  z tablic rozkładu danego testu warto  krytyczn  wyznaczaj c  obszar odrzuce  

i przyj  (lub odrzuci ) hipotez  zerow  

H

0

  

 

Testy dla warto ci  redniej populacji 

 

Model I 

 

Badana  cecha  w  populacji  generalnej  ma  rozkład  normalny  N(

µ,σ), przy czym σ jest 

znane. Na podstawie n-elementowej próby zweryfikowa  hipotez  zerow : 

 

H

0

 : 

µ = µ

0

 

 
gdzie 

µ

0

  jest  konkretn ,  hipotetyczn   warto ci   redniej,  wobec  hipotezy  alternatywnej 

(dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ   µ

0

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 warto   redni  

x

 

1.2.

 warto  zmiennej standaryzowanej U wg wzoru: 

 

n

x

u

=

σ

µ

0

 

 

2.

  z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  N(0,1),  dla  zało onego  poziomu  

istotno ci 

α

 wyznacza si  warto  krytyczn  u

α/2

, tak  by zachodziło:  

P(|U| 

≥ u

α/2

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

 

|U| 

≥ u

α/2

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  u,  e zachodzi: 

 

|u

≥ u

α/2

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|u

< u

α/2

 

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

 

UWAGA: 

Powy szy  test  jest  testem  z  dwustronnym  obszarem  krytycznym  i  stosuje  si   go  tylko  dla 

dwustronnej hipotezy alternatywnej: 

 

H

1

 : 

µ   µ

0

 

 

Przypadek 1 

Hipoteza alternatywna H

1

 ma posta : 

 

H

1

 : 

µ < µ

0

 

 

W  tym  przypadku  stosuje  si   test  z  lewostronnym  obszarem  krytycznym,  okre lonym 

nierówno ci : 

 

≤ -u

α

 

 
przy  czym  warto   u

α

  wyznacz  si   z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  w  taki 

sposób by była spełniona zale no : 

 

P(U

≤ -u

α

) = 

α  

 

Hipotez   zerow   odrzuca  si ,  je eli  wyznaczona  z  próby  warto   zmiennej  u  spełnia 

nierówno : 

u

 

≤ -u

α

 

 

 

Przypadek 2 

Hipoteza alternatywna H

1

 ma posta : 

 

H

1

 : 

µ > µ

0

 

 

W  tym  przypadku  stosuje  si   test  z  prawostronnym  obszarem  krytycznym,  okre lonym 

nierówno ci : 

 

≥ u

α

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

 
przy  czym  warto   u

α

  wyznacz  si   z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  w  taki 

sposób by była spełniona zale no : 

 

P(U

≥ u

α

) = 

α  

 

Hipotez   zerow   odrzuca  si ,  je eli  wyznaczona  z  próby  warto   zmiennej  u  spełnia 

nierówno : 

u

 

≥ u

α

 

 

Model II 

 

Badana  cecha  w  populacji  generalnej  ma  rozkład  normalny  N(

µ,σ),  przy  czym 

odchylenie  standardowe  w  populacji 

σ  jest  nieznane.  W  oparciu  o  wyniki  małej  n-

elementowej próby zweryfikowa  hipotez  zerow : 

 

H

0

 : 

µ = µ

0

 

 
gdzie 

µ

0

  jest  konkretn ,  hipotetyczn   warto ci   redniej,  wobec  hipotezy  alternatywnej 

(dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ   µ

0

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 warto   redni  

x

 

1.2.

 odchylenie standardowe s 

1.3.

 warto  statystyki - zmiennej t wg wzoru: 

 

n

s

x

t

=

0

µ

 

która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład  t-Studenta  o  n-1  stopniach 

swobody 

 
2.

  z tablic rozkładu t-Studenta, dla ustalonego poziomu istotno ci 

α

 i dla n-1 stopni swobody 

odczytuje si  tak  warto  t

α

, by zachodziło:  

P(|T| 

≥ t

α

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|T| 

≥ t

α

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  t,  e zachodzi: 

 

|t

≥ t

α

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

|t

< t

α

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

 

Model III 

 

Badana cecha w populacji generalnej ma rozkład normalny N(

µ,σ) lub dowolny inny, o 

redniej 

µ  i  sko czonej  i  nieznanej  wariancji  σ.  Na  podstawie  wyników  z  du ej  n-

elementowej próby zweryfikowa  hipotez  zerow : 

 

H

0

 : 

µ = µ

0

 

 
gdzie 

µ

0

  jest  konkretn ,  hipotetyczn   warto ci   redniej,  wobec  hipotezy  alternatywnej 

(dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ   µ

0

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 warto   redni  

x

 

1.2.

 odchylenie standardowe s 

1.3.

 warto  zmiennej standaryzowanej U wg wzoru: 

 

n

s

x

u

=

0

µ

 

 

2.

  z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  N(0,1),  dla  zało onego  poziomu  

istotno ci 

α

  wyznacza si  warto  krytyczn  u

α/2

, tak  by zachodziło:  

 

P(|U| 

≥ u

α/2

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|U| 

≥ u

α/2

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  u,  e zachodzi: 

 

|u

≥ u

α/2

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|u

< u

α/2

 

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

 

 

 

 

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Testy dla równo ci  rednich dwóch populacji 

 

 

W  zastosowaniach  praktycznych  cz sto  zachodzi  potrzeba  sprawdzenia  hipotez 

dotycz cych  równo ci  warto ci  rednich  w  dwóch  populacjach.  W  zale no ci  od  tego  jak 

du y materiał do wiadczalny jest w dyspozycji stosuje si  jeden z trzech  modeli 

 

Model I 

 

Badamy  dwie  populacje  generalne  w  których  analizowane  parametry  maj   rozkłady 

normalne  N(

µ

1

,

σ

1

)  i  N(

µ

2

,

σ

2

),  przy  czym  znane  s   odchylenia  standardowe  w  tych 

populacjach 

σ

1

  i 

σ

2

.  W  oparciu  o  wyniki  dwu  niezale nych  prób  o  liczebno ciach 

odpowiednio n

1

 i n

2

 nale y sprawdzi  słuszno  hipotezy zerowej: 

 

H

0

 : 

µ

1

 = 

µ

2

 

 

wobec hipotezy alternatywnej (dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ

1

   

µ

2

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z prób oblicza si : 

1.1.

 warto ci  rednie 

1

x

 i 

2

x

 

1.2.

 warto  zmiennej standaryzowanej U wg wzoru: 

 

2

2

2

1

2

1

2

1

n

n

x

x

u

σ

σ

+

=

 

która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład  normalny  standaryzowany 

N(0,1) 

 

2.

  z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  N(0,1),  dla  zało onego  poziomu  

istotno ci 

α

 wyznacza si  warto  krytyczn  u

α/2

, tak  by zachodziło:  

 

P(|U| 

≥ u

α/2

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|U| 

≥ u

α/2

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  u,  e zachodzi: 

 

|u

≥ u

α/2

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|u

< u

α/2

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Model II 

 

Badamy  dwie  populacje  generalne  w  których  analizowane  parametry  maj   rozkłady 

normalne N(

µ

1

,

σ

1

) i N(

µ

2

,

σ

2

), przy czym odchylenia standardowe w tych populacjach 

σ

1

 i 

σ

2

 

nie s  znane ale jednakowe tj. 

σ

1

 = 

σ

2

.  W oparciu o wyniki dwu niezale nych 

małych prób o 

liczebno ciach odpowiednio n

1

 i n

2

 nale y sprawdzi  słuszno  hipotezy zerowej: 

 

H

0

 : 

µ

1

 = 

µ

2

 

 

wobec hipotezy alternatywnej (dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ

1

   

µ

2

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z prób oblicza si : 

1.1.

 warto ci  rednie 

1

x

 i 

2

x

 

1.2.

 wariancje 

2

1

s

 i 

2

2

s

 

1.3.

 warto  statystyki - zmiennej t wg wzoru: 

 

+

+

+

=

2

1

2

1

2

2

2

2

1

1

2

1

1

1

2

n

n

n

n

s

n

s

n

x

x

t

 

która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład  t-Studenta  o  (n

1

+n

2

-2) 

stopniach swobody 

 
2.

  z tablic rozkładu t-Studenta, dla ustalonego poziomu istotno ci 

α

 i dla n-1 stopni swobody 

odczytuje si  tak  warto  t

α

, by zachodziło:  

 

P(|T| 

≥ t

α

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|T| 

≥ t

α

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  t,  e zachodzi: 

 

|t

≥ t

α

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|t

< t

α

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

 

 

 

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Model III 

 

Badamy  dwie  populacje  generalne  w  których  analizowane  parametry  maj   rozkłady 

normalne  N(

µ

1

,

σ

1

)  i  N(

µ

2

,

σ

2

)  lub  inne  o  sko czonych  wariancjach 

2

1

σ

  i 

2

2

σ

,  które  s  

nieznane. W oparciu o wyniki dwu niezale nych 

du ych prób o liczebno ciach odpowiednio 

n

1

 i n

2

 nale y sprawdzi  słuszno  hipotezy zerowej: 

 

H

0

 : 

µ

1

 = 

µ

2

 

 

wobec hipotezy alternatywnej (dwustronnej): 

 

H

1

 : 

µ

1

   

µ

2

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z prób oblicza si : 

1.1.

 warto ci  rednie 

1

x

 i 

2

x

 

1.2.

 wariancje 

2

1

s

 i 

2

2

s

 

1.3.

 warto  zmiennej standaryzowanej U wg wzoru: 

 

2

2

2

1

2

1

2

1

n

s

n

s

x

x

u

+

=

 

która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład  normalny  standaryzowany 

N(0,1) 

 

2.

  z  tablic  rozkładu  normalnego  standaryzowanego  N(0,1),  dla  zało onego  poziomu  

istotno ci 

α

 wyznacza si  warto  krytyczn  u

α/2

, tak  by zachodziło:  

 

P(|U| 

≥ u

α/2

) = 

α 

 

Obszar krytyczny testu okre lony jest zale no ci : 

 

|U| 

≥ u

α/2

 

 

tzn.  e gdy z próby otrzymamy tak  warto  u,  e zachodzi: 

 

|u

≥ u

α/2

 

 

to hipotez  zerow  H

0

 odrzucamy. W przypadku przeciwnym, gdy zachodzi: 

 

|u

< u

α/2

 

 

nie ma podstaw do odrzucenia H

0

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

Test dla wariancji populacji 

 

 

W  praktyce  du a  wariancja  jest  niekorzystna,  gdy   oznacza  du   niejednorodno  

analizowanej cechy, dlatego te  przy weryfikacji hipotez dotycz cych wariancji przyjmuje si  

jako hipotez  alternatywn  z obszarem krytycznym prawostronnym.  

 

Model 

 

Badana  cecha  w  populacji  generalnej  ma  rozkład  normalny  N(

µ,σ),  przy  czym 

parametry 

σ    i  µ  s   nieznane.  Na  podstawie  n-elementowej  próby  zweryfikowa   hipotez  

zerow : 

 

H

0

 : 

2

2

0

 

 
gdzie 

2

0

  jest  konkretn ,  hipotetyczn   warto ci   wariancji,  wobec  hipotezy  alternatywnej 

(prawostronnej): 

 

H

1

 : 

2

2

0

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 wariancj  z próby s

2

 

1.2.

 warto  zmiennej (statystyki) 

χ

2

 wg wzoru: 

 

=

=

=

n

i

i

x

x

s

n

1

2

2

0

2

0

2

2

)

(

1

)

1

(

σ

σ

χ

 

 
która  przy  prawdziwo ci  hipotezy  zerowej  ma  rozkład 

χ

2

  (chi-kwadrat)  o  (n-1) 

stopniach swobody 

 
2.

  z  tablic  rozkładu 

χ

2

  (chi-kwadrat)  dla  zało onego  poziomu    istotno ci 

α

  i  (n-1)  stopni 

swobody wyznacza si  warto  krytyczn  

2

α

χ

, tak  by zachodziło:  

 

(

)

α

=

χ

χ

α

2

2

P

 

Nierówno : 

2

2

α

χ

χ

 

  

okre la prawostronny obszar krytyczny odrzuce , tzn. gdy jest spełniona to nale y odrzuci  

hipotez  zerow  H

0

 na rzecz hipotezy alternatywnej H

1

 

background image

 

Statystyka matematyczna 

 

Weryfikacja hipotez... 

Materiały dydaktyczne 

 

opracował dr in . W. Sitek 

10

Test dla równo ci wariancji dwóch populacji 

 

 

W  praktyce  sytuacja taka  pojawia si ,  gdy  zachodzi  potrzeba  sprawdzania  hipotezy  o 

jednakowym stopniu rozproszenia badanej cechy w dwu populacjach. Zakład si ,  e badane 

populacje maja normalny rozkład analizowanej cechy. 

 

Model 

 

Rozpatrujemy  dwie  populacje,  w  których  badana  cecha  ma  odpowiednio  rozkład 

normalny N(

µ

1

,

σ

1

) i N(

µ

2

,

σ

2

), przy czym parametry tych rozkładów s  nieznane. W oparciu o 

wyniki  dwu  niezale nych  prób  o  liczebno ciach  odpowiednio  n

1

  i  n

2

  nale y  sprawdzi  

słuszno  hipotezy zerowej: 

 

H

0

 : 

2

1

2

2

 

 

wobec hipotezy alternatywnej (dwustronnej): 

 

H

1

 : 

2

1

 

2

2

 

 

Test dla hipotezy zerowej jest nast puj cy: 

 

1.

  na podstawie wyników z próby oblicza si : 

1.1.

 wariancje z prób 

2

1

s

 i 

2

2

s

, przy czym musi zachodzi  

2

1

s

 

2

2

s

1.2.

 warto  zmiennej (statystyki) F wg wzoru: 

 

2

2

2

1

s

s

F

=

 

 

która  ma rozkład F-Snedecora z n

1

-1 i n

2

-1 stopniami swobody. 

 
2.

  z tablic rozkładu F-Snedecora dla zało onego poziomu  istotno ci 

α

 odczytuje si  warto  

krytyczn  F

α

, tak  by zachodziło:  

 

P(F 

≥ F

α

) = 

α 

 

Nierówno : 

 

F

 

≥ F

α

 

 

okre la prawostronny obszar krytyczny w te cie, tzn.  

 

 

dla 

 

  F

 

≥ F

α

 

→ odrzucamy hipotez  zerow  H

0

 na rzecz hipotezy alternatywnej H

1

 

 

 

a dla  

 

  F

 

< F

α

 

→ przyjmujemy hipotez  zerow  H

0