©2003 Thomson/South-Western   1
Kvanli Cover                                                   00041DC4Sedona                         ABA78158:
Chapter HypothesisTesting for theMean and Varianceof PopulationChapter HypothesisTesting for theMean and Varianceof Population
Slides prepared by Jeff Heyl, Lincoln UniversitySlides prepared by Jeff Heyl, Lincoln University
©2003 South-Western/Thomson Learning™
Introduction to Business Statistics6eIntroduction to Business Statistics6e
Kvanli, Pavur, KeelingKvanli, Pavur, Keeling
©2003 Thomson/South-Western   2
Hypothesis Testing on theMeanHypothesis Testing on theMean
Null hypothesis (Ho)statementconcerning population parameterNull hypothesis (Ho)statementconcerning population parameter
Alternative hypothesis: statementin contradiction of the nullhypothesisAlternative hypothesis: statementin contradiction of the nullhypothesis
©2003 Thomson/South-Western   3
Type and Type II ErrorsType and Type II Errors
 =probability of rejecting the Ho when Ho is true(Type error) =probability of rejecting the Ho when Ho is true(Type error)
 =probability of failing to rejecting the Ho when Hois false (Type II error) =probability of failing to rejecting the Ho when Hois false (Type II error)
Actual SituationActual Situation
Conclusion Ho TrueHo FalseConclusion Ho TrueHo False
Fail to Reject Ho Correct decision Type II errorFail to Reject Ho Correct decision Type II error
Reject Ho Type error Correct decisionReject Ho Type error Correct decision
©2003 Thomson/South-Western   4
Hypothesis Testing ProcessHypothesis Testing Process
Determine the Ho and HaDetermine the Ho and Ha
Determine the significance levelDetermine the significance level
Compare the sample mean (variance)to the hypothesized mean (variance)Compare the sample mean (variance)to the hypothesized mean (variance)
Decide whether to fail to reject orreject HoDecide whether to fail to reject orreject Ho
Determine what the decision means inreference to the problemDetermine what the decision means inreference to the problem
©2003 Thomson/South-Western   5
Height ExampleHeight Example
Ho 5.9Ho 5.9
Ha  5.9Ha  5.9
 .05 = P(rejecting Ho when  Ho is true)critical value ± 1.96 .05 = P(rejecting Ho when  Ho is true)critical value ± 1.96
Reject Ho if                  1.96Reject Ho if                  1.96
X 5.9X 5.9
/  n/  n
©2003 Thomson/South-Western   6
Height ExampleHeight Example
ZZ
.025.025
-k-k
00
|Z| k|Z| k
kk
.025.025
Area .5 .025 .475Area .5 .025 .475
Figure 8.1Figure 8.1
©2003 Thomson/South-Western   7
Height ExampleHeight Example
Figure 8.2Figure 8.2
XX
distance .14’ =2.53 .055distance .14’ =2.53 .055
5.76’5.76’
x ≈           .055’x ≈           .055’
.48.48
 75 75
µx 5.9’µx 5.9’
©2003 Thomson/South-Western   8
Computed ValueComputed Value
Because 2.53 1.96, we reject Ho thus weBecause 2.53 1.96, we reject Ho thus we
conclude that the average population maleconclude that the average population male
height is not equal to 5.9height is not equal to 5.9
=               ≈               =                   -2.53 Z*=               ≈               =                   -2.53 Z*
X 5.9X 5.9
 /   n /   n
X 5.9X 5.9
s /   ns /   n
5.76 5.95.76 5.9
.48 /   75.48 /   75
©2003 Thomson/South-Western   9
Height ExampleHeight Example
Figure 8.3Figure 8.3
XX
Area .5 .005 .495Area .5 .005 .495
-k-k
00
Area .01Area .01
kk
.005.005
©2003 Thomson/South-Western   10
Height ExampleHeight Example
Figure 8.4Figure 8.4
ZZ
Reject Ho if Z*falls hereReject Ho if Z*falls here
-2.575-2.575
Z-2.53Z-2.53
2.5752.575
00
Area .01Area .01
Reject Ho if Z*falls hereReject Ho if Z*falls here
©2003 Thomson/South-Western   11
Hypothesis TestingStep ProcedureHypothesis TestingStep Procedure
3.Define the rejection region3.Define the rejection region
4.Calculate the test statistic4.Calculate the test statistic
5.Give conclusion in terms of the problem5.Give conclusion in terms of the problem
1.Set up the null and alternative hypothesis1.Set up the null and alternative hypothesis
Z =               Z =               
X µoX µo
 /   n /   n
X µoX µo
s /   ns /   n
2.Define the test statistic2.Define the test statistic
©2003 Thomson/South-Western   12
Everglo Light ExampleEverglo Light Example
1.Define the hypotheses1.Define the hypotheses
Hoµ 400 Haµ ≠ 400Hoµ 400 Haµ ≠ 400
3.Define the rejection region3.Define the rejection region
reject Ho  if 1.645 or -1.645reject Ho  if 1.645 or -1.645
2.Define the test statistic2.Define the test statistic
Z =                Z =                
X 400X 400
 /   n /   n
X 400X 400
s /   ns /   n
HH00236_                                                       00002117Sedona                         ABA78158:
©2003 Thomson/South-Western   13
HH00236_                                                       00002117Sedona                         ABA78158:
Everglo Light ExampleEverglo Light Example
Figure 8.5Figure 8.5
ZZ
-1.645-1.645
Z2.59Z2.59
1.6451.645
00
Area  .1Area  .1
Area .5 .05 .45Area .5 .05 .45
22
.05.05
©2003 Thomson/South-Western   14
Everglo Light ExampleEverglo Light Example
5.State the conclusion5.State the conclusion
There is sufficient evidence to concludethat the average lifetime of Everglo bulbsis not 400 hoursThere is sufficient evidence to concludethat the average lifetime of Everglo bulbsis not 400 hours
4.Calculate the value of the test statistic4.Calculate the value of the test statistic
Z* ≈                      =           2.59Z* ≈                      =           2.59
1111
4.254.25
411 400411 400
42.5 /   10042.5 /   100
HH00236_                                                       00002117Sedona                         ABA78158:
©2003 Thomson/South-Western   15
Confidence Intervals andHypothesis TestingConfidence Intervals andHypothesis Testing
When testing Hoµ µo versus Haµ ≠ µousing the five-step procedure and asignificance level, Ho will be rejected ifand only if µo lies outside the (1 • 100confidence interval for µWhen testing Hoµ µo versus Haµ ≠ µousing the five-step procedure and asignificance level, Ho will be rejected ifand only if µo lies outside the (1 • 100confidence interval for µ
- k                to     X k- k                to     X k
  n  n
  n  n
©2003 Thomson/South-Western   16
Power of Statistical TestPower of Statistical Test
 = P(fail to reject Ho when Ho is false) = P(fail to reject Ho when Ho is false)
1-  = P(rejecting Ho when Ho is false)1-  = P(rejecting Ho when Ho is false)
1-  = the power of the test1-  = the power of the test
©2003 Thomson/South-Western   17
HH00236_                                                       00002117Sedona                         ABA78158:
Probability of Rejecting HoProbability of Rejecting Ho
Figure 8.6Figure 8.6
Wide upward diagonal
Wide upward diagonal
391.775391.775
400400
403403
408.225408.225
AA
BB
XX
Wide upward diagonal
Area  .10Area  .10
Area Area 
when µ 403when µ 403
©2003 Thomson/South-Western   18
Power of TestsPower of Tests
2.Power of test P(Z z1P(Z z2)2.Power of test P(Z z1P(Z z2)
1.Determine1.Determine
z1 Z/2 -z1 Z/2 -
µ µoµ µo
 /   n /   n
z1 -Z/2 -z1 -Z/2 -
µ µoµ µo
 /   n /   n
©2003 Thomson/South-Western   19
HH00236_                                                       00002117Sedona                         ABA78158:
Power CurvePower Curve
Power curve for test of Hoversus Ha using five-stepprocedurePower curve for test of Hoversus Ha using five-stepprocedure
Power curve for test of Hoversus Ha using any otherprocedurePower curve for test of Hoversus Ha using any otherprocedure
µµ
400  403400  403
1.01.0
.1617.1617
.10.10
 =P(rejecting Ho) =P(rejecting Ho)
Figure 8.7Figure 8.7
©2003 Thomson/South-Western   20
TN00090_                                                       00002844Sedona                         ABA78158:
One Tailed Test for µOne Tailed Test for µ
Hoµ  ≥ 32.5Haµ  32.5Hoµ  ≥ 32.5Haµ  32.5
1.Define Ho and Ha prior to observation1.Define Ho and Ha prior to observation
Z =               Z =               
X µoX µo
 /   n /   n
X µoX µo
s /   ns /   n
2.Define the test statistic2.Define the test statistic
3. Reject if3. Reject if
Ho if Z ≈                 -1.645Ho if Z ≈                 -1.645
X 32.5X 32.5
s /   ns /   n
Example 8.4Example 8.4
©2003 Thomson/South-Western   21
TN00090_                                                       00002844Sedona                         ABA78158:
One Tailed Test for µOne Tailed Test for µ
5.Study supports the claim that theaverage mileage for the Bullet is lessthan 32.5 mpg – supports claim offalse advertising5.Study supports the claim that theaverage mileage for the Bullet is lessthan 32.5 mpg – supports claim offalse advertising
Z* ≈                      -2.80Z* ≈                      -2.80
30.4 32.530.4 32.5
5.3 /   505.3 /   50
4.The value of the test statistic is4.The value of the test statistic is
Example 8.4Example 8.4
©2003 Thomson/South-Western   22
TN00090_                                                       00002844Sedona                         ABA78158:
One Tailed Test for µOne Tailed Test for µ
Figure 8.8Figure 8.8
-1.645-1.645
00
Area .5 .05 .45Area .5 .05 .45
Area  .05Area  .05
ZZ
©2003 Thomson/South-Western   23
BD10431_                                                       00002844Sedona                         ABA78158:
Excel ExampleExcel Example
ZZ
Z1.54Z1.54
Area .49Area .49
Area  .01Area  .01
2.332.33
00
Figure 8.9Figure 8.9
©2003 Thomson/South-Western   24
BD10431_                                                       00002844Sedona                         ABA78158:
Excel ExampleExcel Example
Figure 8.10Figure 8.10
FIG8-10.bmp                                                    00045627Sedona                         ABA78158:
©2003 Thomson/South-Western   25
BD10431_                                                       00002844Sedona                         ABA78158:
Excel ExampleExcel Example
Figure 8.11Figure 8.11
FIG8-11.bmp                                                    0003BCF0Sedona                         ABA78158:
©2003 Thomson/South-Western   26
Power of TestsPower of Tests
2.Power of test P(Z z1)2.Power of test P(Z z1)
1.Determine1.Determine
z1 Z/2 -z1 Z/2 -
µ µoµ µo
 /   n /   n
Hoµ ≤ µo  verses  Haµ µoHoµ ≤ µo  verses  Haµ µo
©2003 Thomson/South-Western   27
Power of TestsPower of Tests
2.Power of test P(Z z2)2.Power of test P(Z z2)
1.Determine1.Determine
z1 -Z/2 -z1 -Z/2 -
µ µoµ µo
 /   n /   n
Hoµ ≥ µo  verses  Haµ µoHoµ ≥ µo  verses  Haµ µo
©2003 Thomson/South-Western   28
Power of TestsPower of Tests
Large-Sample Tests on Population MeanLarge-Sample Tests on Population Mean
Two-Tailed TestTwo-Tailed Test
Hoµ µoHoµ µo
Haµ ≠ µoHaµ ≠ µo
reject Ho if |Z*| Z/2reject Ho if |Z*| Z/2
One-Tailed TestOne-Tailed Test
Hoµ ≤ µoHoµ ≤ µo
Haµ µoHaµ µo
reject Ho if ZZreject Ho if ZZ
Hoµ ≥ µoHoµ ≥ µo
Haµ µoHaµ µo
reject Ho if Z-Zreject Ho if Z-Z
©2003 Thomson/South-Western   29
Determining the p-ValueDetermining the p-Value
The p-value is the value of  atwhich the hypothesis testprocedure changes conclusionsbased on given set of data.  It isthe largest value of  for whichyou will fail to reject HoThe p-value is the value of  atwhich the hypothesis testprocedure changes conclusionsbased on given set of data.  It isthe largest value of  for whichyou will fail to reject Ho
©2003 Thomson/South-Western   30
Determining the p-ValueDetermining the p-Value
Figure 8.12Figure 8.12
Wide downward diagonal
Wide downward diagonal
-1.96-1.96
00
Area .025Area .025
Area =.005Area =.005
ZZ
-2.575-2.575
Z-2.53Z-2.53
Area .025Area .025
Area .005Area .005
1.961.96
2.5752.575
©2003 Thomson/South-Western   31
Determining the p-ValueDetermining the p-Value
Figure 8.13Figure 8.13
00
ZZ
-2.53-2.53
Area .4943 (Table A-4)Area .4943 (Table A-4)
Area.5 .4943Area.5 .4943
.0057.0057
2.532.53
Area p valueArea p value
©2003 Thomson/South-Western   32
Procedure for Finding thep-ValueProcedure for Finding thep-Value
For Haµ ≠ µo(area outside Z*)For Haµ ≠ µo(area outside Z*)
For Haµ µoarea to the right of Z*For Haµ µoarea to the right of Z*
 For Haµ µoarea to the left of Z* For Haµ µoarea to the left of Z*
©2003 Thomson/South-Western   33
BD10431_                                                       00002844Sedona                         ABA78158:
Determining the p-ValueDetermining the p-Value
Figure 8.14Figure 8.14
00
ZZ
Area .025Area .025
pareaparea
.5 .4382.5 .4382
.0618.0618
Z* 1.54Z* 1.54
©2003 Thomson/South-Western   34
Interpreting the p-ValueInterpreting the p-Value
Classical ApproachClassical Approach
reject Ho if  p-value reject Ho if  p-value 
fail to reject Ho is p-value ≥ fail to reject Ho is p-value ≥ 
General rule of thumbGeneral rule of thumb
reject Ho if  p-value is small (.01)reject Ho if  p-value is small (.01)
fail to reject Ho is p-value is large (.1)fail to reject Ho is p-value is large (.1)
©2003 Thomson/South-Western   35
Interpreting the p-ValueInterpreting the p-Value
Small pSmall p
Reject HoReject Ho
.01.01
Large pLarge p
Fail to reject HoFail to reject Ho
pp
.1.1
InconclusiveInconclusive
©2003 Thomson/South-Western   36
Another InterpretationAnother Interpretation
1.For two-tailed test where Hoµ ≠ µothe p-value isthe probability that the value of the test statistic,Z*, will be at least as large (in absolute value) asthe observed Z*, if µ is in fact equal to µo1.For two-tailed test where Hoµ ≠ µothe p-value isthe probability that the value of the test statistic,Z*, will be at least as large (in absolute value) asthe observed Z*, if µ is in fact equal to µo
2.For one-tailed test where Haµ µothe p-valueis the probability that the value of the test statistic,Z*, will be at least as large as the observed Z*, if µis in fact equal to µo2.For one-tailed test where Haµ µothe p-valueis the probability that the value of the test statistic,Z*, will be at least as large as the observed Z*, if µis in fact equal to µo
3.For one-tailed test where Haµ µothe p-value isthe probability that the value of the test statistic,Z*, will be at least as large as the observed Z*, if µis in fact equal to µo3.For one-tailed test where Haµ µothe p-value isthe probability that the value of the test statistic,Z*, will be at least as large as the observed Z*, if µis in fact equal to µo
©2003 Thomson/South-Western   37
Excel ExampleExcel Example
FIG8-15.bmp                                                    0003BCF0Sedona                         ABA78158:
Figure 8.15Figure 8.15
©2003 Thomson/South-Western   38
Excel ExampleExcel Example
Figure 8.16Figure 8.16
ZZ
p value twice this areap value twice this area
3.063.06
©2003 Thomson/South-Western   39
Excel ExampleExcel Example
Figure 8.17Figure 8.17
Frequency HistogramFrequency Histogram
3535
3030
2525
2020
1515
1010
55
00
10.12 and10.14 and10.16 and10.18 and10.20 and10.22 and10.24 and10.26 and10.28 and10.30 and10.12 and10.14 and10.16 and10.18 and10.20 and10.22 and10.24 and10.26 and10.28 and10.30 and
underunderunderunderunderunderunderunderunderunderunderunderunderunderunderunderunderunderunderunder
10.1410.1610.1810.2010.2210.2410.2610.2810.3010.3210.1410.1610.1810.2010.2210.2410.2610.2810.3010.32
Class LimitsClass Limits
©2003 Thomson/South-Western   40
TN00090_                                                       00002844Sedona                         ABA78158:
Practical Versus StatisticalPractical Versus Statistical
Figure 8.18Figure 8.18
Areap valueAreap value
.004 (from Table A-4).004 (from Table A-4)
ZZ
Z-2.65Z-2.65
©2003 Thomson/South-Western   41
Hypothesis Testing on theMean of Normal Population:Small SampleHypothesis Testing on theMean of Normal Population:Small Sample
Normal populationNormal population
Population standard deviation unknownPopulation standard deviation unknown
Small sampleSmall sample
Student distributionStudent distribution
Nonparametric procedureNonparametric procedure
t =t =
X µoX µo
s /   ns /   n
©2003 Thomson/South-Western   42
Small Sample TestSmall Sample Test
AA
NormalpopulationNormalpopulation
Symmetric(nonnormal)populationSymmetric(nonnormal)population
SkewedpopulationSkewedpopulation
BB
Figure 8.19Figure 8.19
©2003 Thomson/South-Western   43
Clark Products ExampleClark Products Example
1. When question is phrased “Is thereevidence to indicate that ...,” what followsis the alternative hypothesis1. When question is phrased “Is thereevidence to indicate that ...,” what followsis the alternative hypothesis
Hoµ 10  and  Haµ ≠ 10Hoµ 10  and  Haµ ≠ 10
2.The test statistic here is2.The test statistic here is
t =t =
X µoX µo
s /   ns /   n
3.Using significance level of .05 and Figure 8.20,the corresponding two-tailed procedure is to3.Using significance level of .05 and Figure 8.20,the corresponding two-tailed procedure is to
reject Ho if |tt.025,17 2.11reject Ho if |tt.025,17 2.11
©2003 Thomson/South-Western   44
Clark Products ExampleClark Products Example
Area.025Area.025
ZZ
-2.11-2.11
Reject Ho hereReject Ho here
2.112.11
Area .025Area .025
Reject Ho hereReject Ho here
Figure 8.20Figure 8.20
©2003 Thomson/South-Western   45
Clark Products ExampleClark Products Example
Figure 8.21Figure 8.21
ZZ
2.112.11
Area .05Area .05
Area .025Area .025
1.741.74
t1.83t1.83
00
©2003 Thomson/South-Western   46
Clark Products ExampleClark Products Example
5. There is insufficient evidence to indicatethat the average output voltage is differentfrom 10 volts5. There is insufficient evidence to indicatethat the average output voltage is differentfrom 10 volts
4.The value of the test statistic is4.The value of the test statistic is
t* =                      1.83t* =                      1.83
10.331 1010.331 10
.767 /   18.767 /   18
©2003 Thomson/South-Western   47
Clark Products ExampleClark Products Example
FIG8-22.bmp                                                    00045627Sedona                         ABA78158:
Figure 8.22Figure 8.22
©2003 Thomson/South-Western   48
Small-Sample Tests on aNormal Population MeanSmall-Sample Tests on aNormal Population Mean
Two-tailed testTwo-tailed test
Hoµ µoHoµ µo
Haµ ≠ µoHaµ ≠ µo
reject Ho if |t*| t/2, n-1reject Ho if |t*| t/2, n-1
One tail testOne tail test
Hoµ µoHoµ µo
Haµ µoHaµ µo
reject Ho if ttn-1reject Ho if ttn-1
Hoµ µoHoµ µo
Haµ µoHaµ µo
reject Ho if ttn-1reject Ho if ttn-1
©2003 Thomson/South-Western   49
Chi-Square DistributionChi-Square Distribution
22
Area aArea a
a, dfa, df
22
Figure 8.23Figure 8.23
©2003 Thomson/South-Western   50
Chi-Square DistributionChi-Square Distribution
22
Area .1Area .1
18.549318.5493
Figure 8.24Figure 8.24
©2003 Thomson/South-Western   51
Chi-Square DistributionChi-Square Distribution
Figure 8.25Figure 8.25
22
Area .025Area .025
bb
Area .95Area .95
Area .025Area .025
aa
©2003 Thomson/South-Western   52
Hypothesis Testing on 2Hypothesis Testing on 2
One tail testOne tail test
Ho2 oHo2 o
Ha2 oHa2 o
reject Ho if 2* n-1reject Ho if 2* n-1
22
22
22
Ho2 oHo2 o
Ha2 oHa2 o
reject Ho if 2* n-1reject Ho if 2* n-1
22
22
22
Two-tailed testTwo-tailed test
Ho2 oHo2 o
Ha2 ≠ oHa2 ≠ o
22
22
Test statistic: 2 =Test statistic: 2 =
(n 1)s2(n 1)s2
22
oo
©2003 Thomson/South-Western   53
Chi-Square DistributionChi-Square Distribution
Figure 8.26Figure 8.26
22
Area p valueArea p value
152.6152.6
2 curve with 14 df2 curve with 14 df
©2003 Thomson/South-Western   54
Chi-Square DistributionChi-Square Distribution
Figure 8.27Figure 8.27
FIG8-27.bmp                                                    0003BCF0Sedona                         ABA78158: