이화여대 2013학년도 모의 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/ewha/2013mo/jayeon_2
문제
우리가 표본조사를 하는 이유는 모집단에 대해서 알고 싶지만 전수 조사는 너무 많은 비용과 시간이 들기 때문이다. 잘 설계된 표본추출 방법을 이용하게 되면 적절한 크기의 표본만으로도 모집단에 대한 정확한 추정이 가능하다. 하지만 적절하지 못한 방법으로 표본을 추출하게 되면 표본의 크기와 상관없이 의외의 결과가 나오기도 한다.
(1) 다음 경우는 1936년 미국 대선에서 표본조사와 실제 결과가 다르게 나온 예이다.
당시 공화당의 Landon 후보와 당시 대통령이었던 민주당의 Roosevelt 후보와의 대결이 뜨거웠다. 서로 자기의 우세를 장담하고 있었는데, American Literary Digest 잡지에서 2백만명 이상의 유권자들에게 우편 조사를 실시하였다. 조사 결과, 공화당의 Landon후보가 큰 표 차이로 이기는 것으로 나왔는데 실제 결과는 정반대였다. 그 잡지에서 조사한 유권자들은 그 잡지의 독자들과 자동차 소유자들, 그리고 전화 소유자들로 이루어져 있었다. 참고로 1930년대에 미국에서는 100명에 20명 정도의 사람들이 자동차를 소유하고 있었고, 전체 가구의 35% 정도가 전화를 소유하고 있었다고 한다.
위 잡지사에서는 상당히 큰 표본을 사용하였는데도 반대의 선거결과가 나온 이유를 유추하여 설명해 보시오. [10점]
(2) 어떤 선거를 치르려고 할 때 유권자들의 투표율을 예측하기 위한 여론조사를 시행한다고 해보자. 모집단의 투표율에 대한 추정을 할 때에 추정오차의 한계는 으로 근사할 수 있다. 여기서 는 투표율 추정치이고, 은 표본의 크기이다.
만약 투표율 추정치 가 0.3과 0.7사이에 있다는 것을 알고 있다고 할 때, 추정오차의 한계를 0.05 이하로 보장하기 위한 표본의 크기는 최소한 얼마가 되어야 하는지 구하시오. [10점]
(3) 각 TV 방송사에서는 투표일 이전에는 지지하는 후보를 묻는 ‘전화여론조사’를, 투표 당일에는 투표를 마치고 나온 사람들을 대상으로 몇 명에 한명씩 누구를 투표했는지를 묻는 ‘출구조사’를 시행한다. 실제로 출구조사가 전화여론조사보다 더 정확하게 투표 결과를 예측하는 것으로 알려져 있다.
어떤 선거에 대한 전화여론조사와 출구조사를 시행할 때, 두 조사의 표본 수가 같았고 참여한 사람들이 모두 솔직하게 응답했다고 가정하자. 또한 전화여론조사 당시 부동층(어떤 후보를 지지할지 아직 결정하지 않은 사람들)이 없었다고 가정하자. 위의 조건 아래서도 출구조사가 전화여론조사보다 투표 결과를 더 정확하게 예측할 수 있는 이유가 무엇인지를 설명하시오. [10점]
이화여대 2013학년도 모의 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/ewha/2013mo/jayeon_2
(1) 전체 유권자 중에서 자동차 소유자와 전화 소유자들이 모집단에 비해서 너무 많이 표본에 포함된 것이 문제이다. 제시문에서 제시된 바대로 1930년대의 미국에서는 모든 가정이 자동차와 전화를 소유하지는 못했다. 위 표본조사에서는 경제적으로 부유한 집단들이 과다추출(over-sampled) 됨으로써 전체 유권자들의 대선주자 선호도가 왜곡된 채 추정되었을 것으로 판단된다. 해당 잡지사에서 시행한 여론조사 결과를 보면 경제적으로 부유한 집단이 공화당 후보(Landon 후보)를 지지하는 경향이 그렇지 못한 집단보다 훨씬 높다는 것을 알 수 있다. 하지만 실제 대선 투표에서는 경제적 부유함과는 상관없이 모든 유권자가 투표하게 되고, 그 결과는 위의 조사결과와 반대로 나온 것이다.
(2) 추정오차의 한계를 이하로 보장해야 하는 조건은 으로 표현이 된다. 양변을 제곱하면 을 얻게 되는데, 이로부터 표본의 크기 은 을 만족해야 한다. 여기서 는 에서 가장 큰 값을 갖게 되고, 의 경우에도 보장해야 하므로 표본의 크기는 을 만족해야 한다. 따라서 표본의 크기는 최소한 400개 이상이어야 한다.
(3) 전화여론조사에서는 모집단(전체 유권자)에서 특정후보에 대한 선호도를 조사할 순 있지만 어느 후보가 당선될 것인지를 예측하는 데는 출구조사가 더 정확하다. 왜냐하면 모든 유권자가 투표에 참여하는 것이 아니고, 투표 결과는 투표에 참여한 사람들에 의해서 결정되기 때문이다. 전화여론조사는 모든 유권자들의 어떤 후보에 대한 선호도를 조사하는 반면에, 출구조사는 투표에 참여한 사람들의 어떤 후보에 대한 선호도를 조사하기 때문에 더 정확한 결과를 예측할 수 있다. 다시 말해, 전화여론조사는 유권자를 모집단으로 하는 조사이고, 출구조사는 투표에 참여한 사람들만을 모집단으로 하는 조사이므로 출구조사가 선거결과를 더 정확하게 예측할 수 있는 표본추출이다.
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