Mục lục bài họcĐang ở d09-b3
← AP Statistics
0/36 bài đã học xong
Chương 9 · Unit 9 — Inference for Quantitative Data: Slopes · Bài 3/4 của chương · bài 35/36 của AP Statistics

Where the Slope's Standard Error Comes From

Sai số chuẩn của hệ số góc đến từ đâu
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

The slope is a statistic with a sampling distribution

Every new sample from the same population gives a slightly different least-squares slope $b$. Across all possible samples, $b$ has a sampling distribution centred at the true slope $\beta$ (unbiased), approximately normal when the LINER conditions hold, with standard deviation estimated by

$$SE_b=\frac{s}{s_x\sqrt{n-1}},\qquad s=\sqrt{\frac{\sum(y-\hat y)^2}{n-2}}$$

Here $s$ is the standard deviation of the residuals (the typical prediction error, labelled "S" in output) and $s_x$ is the ordinary standard deviation of the $x$-values.

Three levers on $SE_b$

  • Smaller $s$ — points hugging the line give a more precise slope.
  • Larger $s_x$ — spreading the $x$-values out makes the line harder to tilt; this is the one you can control when designing a study.
  • Larger $n$ — more points, through $\sqrt{n-1}$.

Example: $s=2{,}5$, $s_x=4$, $n=26$ give $SE_b=\dfrac{2{,}5}{4\sqrt{25}}=0{,}125$. Doubling the spread of $x$ halves it; quadrupling $n$ also halves it.

Three different "s" in one output

Output tables list $s$ (residual SD), the standard error of the slope $SE_b$ (in the coefficient row, "SE Coef"), and sometimes the SE of the intercept. Questions that ask to "interpret $s$" want: "the actual $y$-values typically differ from the predicted values by about $s$ units". Questions about the precision of the slope want $SE_b$. Confusing them is the single most common Unit 9 error.

Giải thích tiếng Việt

Mỗi mẫu mới từ cùng tổng thể cho một hệ số góc bình phương tối thiểu $b$ hơi khác. Trên mọi mẫu có thể, $b$ có phân bố mẫu với tâm ở hệ số góc thật $\beta$ (không chệch), xấp xỉ chuẩn khi các điều kiện LINER đạt, và độ lệch chuẩn ước lượng bởi $SE_b=\dfrac{s}{s_x\sqrt{n-1}}$, trong đó $s=\sqrt{\dfrac{\sum(y-\hat y)^2}{n-2}}$ là độ lệch chuẩn của phần dư (sai số dự đoán điển hình, cột "S" trong kết xuất) và $s_x$ là độ lệch chuẩn thường của các giá trị $x$.

Ba đòn bẩy lên $SE_b$: $s$ nhỏ hơn (điểm ôm sát đường); $s_x$ lớn hơn (trải các $x$ ra thì đường khó nghiêng — đây là thứ bạn kiểm soát được khi thiết kế nghiên cứu); $n$ lớn hơn qua $\sqrt{n-1}$. Ví dụ $s=2{,}5$, $s_x=4$, $n=26$: $SE_b=\dfrac{2{,}5}{4\sqrt{25}}=0{,}125$. Gấp đôi độ trải của $x$ thì $SE_b$ giảm một nửa; gấp bốn $n$ cũng giảm một nửa.

Ba chữ "s" trong một bảng: $s$ (độ lệch chuẩn phần dư), sai số chuẩn của hệ số góc $SE_b$ (dòng hệ số, cột "SE Coef"), và đôi khi SE của tung độ gốc. Đề bảo "diễn giải $s$" thì viết: "giá trị $y$ thật thường lệch khỏi dự đoán khoảng $s$ đơn vị". Đề hỏi độ chính xác của hệ số góc thì dùng $SE_b$. Lẫn hai cái này là lỗi phổ biến nhất Unit 9.

Ví dụ — tính $SE_b$ từ kết xuất và dựng thống kê t

Hồi quy điểm cuối kỳ theo số giờ tự học trên $n=20$ học sinh cho $\hat y=41{,}2+1{,}4x$, $S=3{,}2$. Độ lệch chuẩn của số giờ tự học là $s_x=6{,}0$. (a) Tính sai số chuẩn của hệ số góc. (b) Tính thống kê $t$ để kiểm $H_0:\beta=0$ và nêu $df$. (c) Diễn giải $S=3{,}2$.

Giải.

(a) $SE_b=\dfrac{s}{s_x\sqrt{n-1}}=\dfrac{3{,}2}{6{,}0\sqrt{19}}=\dfrac{3{,}2}{26{,}15}\approx0{,}122$ điểm mỗi giờ. Đây là con số bảng kết xuất sẽ in ở cột "SE Coef" của dòng hệ số góc.

(b) $t=\dfrac{b-0}{SE_b}=\dfrac{1{,}4}{0{,}122}\approx11{,}5$ với $df=n-2=18$. Một $t$ lớn như vậy cho giá trị $P$ gần $0$: bằng chứng rất mạnh về quan hệ tuyến tính giữa giờ tự học và điểm, với giả định các điều kiện LINER đã được kiểm bằng đồ thị phần dư.

(c) Điểm cuối kỳ thật của học sinh thường lệch khỏi điểm dự đoán từ số giờ tự học khoảng $3{,}2$ điểm.

Đối chiếu: ba số khác nhau — $3{,}2$ là $s$, $6{,}0$ là $s_x$, $0{,}122$ là $SE_b$ — mỗi số một vai, không thay nhau được.

Bẫy hay mất điểm — $S$ trong kết xuất là độ lệch chuẩn phần dư, không phải sai số chuẩn của hệ số góc; hai số cách nhau hàng chục lần. $df$ của mọi suy luận hệ số góc là $n-2$, không phải $n-1$. Và "tăng $n$ làm $SE_b$ giảm" đúng, nhưng đề thích hỏi cách khác: trải rộng các giá trị $x$ cũng làm $SE_b$ giảm mà không cần thêm điểm.
Phải nhớ — $b$ có phân bố mẫu tâm $\beta$, $SE_b=s/(s_x\sqrt{n-1})$. $SE_b$ giảm khi $s$ nhỏ, $s_x$ lớn, $n$ lớn. Ba chữ s khác nhau: $s$ phần dư, $s_x$ của $x$, $SE_b$ của hệ số góc. $df=n-2$.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Unit 9 — Inference for Quantitative Data: Slopes gồm 14 câu trắc nghiệm và 2 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →