구월동 고2수학과외







구월동과외에서 다시 확인한 신뢰구간의 폭
다음 날 학생은 전날 풀이의 결론과 반대되는 구간을 발견했다. 같은 자료를 사용했는데 신뢰수준이 99%인 구간이 95% 구간보다 오히려 좁아져 있었다.
학생이 남긴 비교 기록
| 신뢰수준 | 임계값 | 오차한계 | 구간폭 |
|---|---|---|---|
| 95% | 1.96 | 1.96×10÷√100=1.96 | 3.92 |
| 99% | 2.576 | 2.576×10÷√100=2.576 | 5.152 |
표본평균을 50, 모집단의 표준편차를 10, 표본 크기를 100이라고 하자. 신뢰구간은
으로 나타난다. 다른 조건이 같으면 신뢰수준이 높아질수록 임계값 가 커진다. 따라서 오차한계도 커지고 구간은 넓어진다.
어디서 논리가 뒤집혔는가
학생은 “더 높은 신뢰수준이면 추정이 더 정확하므로 구간이 좁아질 것”이라고 판단했다. 그러나 신뢰수준을 높인다는 것은 모평균을 포함할 가능성을 더 크게 확보한다는 뜻이다. 더 넓은 범위를 허용해야 그 조건을 만족할 수 있다.
95% 신뢰구간은 [48.04, 51.96]이고, 99% 신뢰구간은 [47.424, 52.576]이다. 99% 구간이 더 넓다는 사실은 계산과 개념 모두에서 일치한다.
최종 검증
표본 크기와 표준편차가 동일할 때 신뢰수준을 높이면 임계값과 오차한계가 증가한다. 따라서 구간폭은 좁아지는 것이 아니라 넓어진다. 반대로 구간을 좁히려면 표본 크기를 늘리거나 변동성을 줄여야 한다.