CFA Level I 定量分析・債券の練習問題:直前対策パック

公式集、全トピックの解法の要点、20 問の演習問題。完全な解答は巻末にあります。

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1公式と解法

貨幣の時間価値

将来価値
FV = PV·(1 + i)n
現在価値
PV = FV/(1 + i)n
年に複数の期間
i = r/m, N = m·n
年金現価
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
年金終価
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

解き方

  1. すべてのキャッシュフローとその時点を書き込んだタイムラインを描きます。
  2. 利率を期間に合わせます:月払いには月利を使います。
  3. 一時金には FV = PV·(1 + i)ⁿ を、均等払いには年金の公式を使います。
  4. 答えの符号と桁を確認します。

NPV と IRR

正味現在価値
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
均等なキャッシュフロー
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
内部収益率
NPV = 0 となる r
判断
NPV > 0(または IRR > 要求収益率)なら採用

解き方

  1. すべてのキャッシュフローを年とともに書き出します。0 年目の投資額は負です。
  2. 各キャッシュフローを割り引きます:CFt/(1 + r)t。
  3. それらを合計すると NPV になります。正なら、そのプロジェクトは r より多く稼ぎます。
  4. IRR は、NPV がゼロになる利率を試行錯誤または補間で求めます。

債券の価格と利回り

債券価格
P = C·(1 − (1 + y)−n)/y + F/(1 + y)n
半年ごとの利払い
C/2、y/2、2n 期
直接利回り
C/P
価格と利回り
利回り上昇 → 価格下落

解き方

  1. 1 期あたりのクーポンと 1 期あたりの利回りを求めます。
  2. 価格 = クーポンの現在価値(年金)+ 額面の現在価値。
  3. 半年ごとのクーポンでは、クーポンを半分、利回りを半分、期間数を 2 倍にします。
  4. 確認:利回りがクーポン・レートより高ければ、価格は額面より低くなります。

CAPM と WACC

CAPM
re = rf + β·(rm − rf)
WACC
E/V·re + D/V·rd·(1 − T)
企業価値
V = E + D

記述統計

平均
x̄ = Σx/n
標本標準偏差
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
中央値
並べ替えたデータの真ん中の値
z スコア
z = (x − μ)/σ
正規分布
±1σ 以内に 68%、±2σ 以内に 95%

確率

余事象
P(not A) = 1 − P(A)
加法定理
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
独立な事象
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
条件付き確率
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
二項分布
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

正規分布

z スコア
z = (x − μ)/σ
x 未満
P(X < x) = Φ(z)
x より大きい
P(X > x) = 1 − Φ(z)
2 つの値の間
Φ(z2) − Φ(z1)
パーセンタイル
x = μ + z·σ

解き方

  1. 値を z スコアに変換します:z = (x − μ)/σ。
  2. z より左側の面積 Φ(z) を表で調べます。
  3. 右側の面積は 1 − Φ(z)、区間の面積は 2 つの左側の面積の差です。
  4. パーセンタイルでは逆にたどります:面積から z を求め、x = μ + z·σ とします。

信頼区間

σ が既知
x̄ ± z·σ/√n
σ が未知
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z の臨界値
90%: 1.645, 95%: 1.96, 99%: 2.576
標本サイズ
n = (z·σ/E)², rounded up

解き方

  1. z(母集団の σ が既知)と t(標本の s しかなく、自由度 n − 1)のどちらを使うか判断します。
  2. 信頼水準に対応する臨界値を求めます。
  3. 誤差の幅:E = 臨界値 × 標準偏差/√n。
  4. 区間:x̄ ± E。

仮説検定と信頼区間

平均の z 検定
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
平均の t 検定
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
有意水準 5% の両側検定
|z| > 1.96 なら H0 を棄却
信頼区間
x̄ ± z·σ/√n

解き方

  1. H₀ と H₁ を立て、片側検定か両側検定かを決めます。
  2. 検定統計量を計算します:(x̄ − μ₀)/(σ/√n)、または s と t を使います。
  3. 臨界値と比較するか、p 値を求めます。
  4. 統計量が臨界値を超えていれば(p が α より小さければ)H₀ を棄却し、結論を言葉で述べます。

線形回帰と相関

平方和
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
傾き
b = Sxy/Sxx
切片
a = ȳ − b·x̄
相関
r = Sxy/√(SxxSyy)
残差
e = y − ŷ

2演習問題

1.貨幣の時間価値ふつう
年0123…14€1 000FV = ?

€1 000 を年 5%、連続複利で投資します。14 年後の価値 FV を求めなさい。

PV = €1 000r = 5%t = 14
FV = €
2.貨幣の時間価値むずかしい
か月0123…288€300€300€300FV = ?

24 年間、毎月末に €300 を積み立てます。口座の利率は年 5.4%、月複利です。最後にいくら貯まりますか?FV を求めなさい。

A = €3005.4% / 12N = 288
FV = €
3.NPV と IRRふつう
年01234−30 00014 00013 00015 00013 000

€30 000 の投資が、1 年目から 4 年目の各年末に次のキャッシュフローを生みます:€14 000, €13 000, €15 000, €13 000。資本コストは 7.000000000000001% です。正味現在価値 NPV を求めなさい。

r = 7.000000000000001%CF0 = −30 000CF1 = 14 000CF2 = 13 000CF3 = 15 000CF4 = 13 000
NPV = €
4.NPV と IRRむずかしい
年0123−25 00011 00011 00011 000

€25 000 の投資が 3 年間、毎年末に €11 000 を生みます。内部収益率 IRR をパーセントで求めなさい。

C0 = €25 000CF = €11 000n = 3
IRR = %
5.債券の価格と利回りふつう
年0123…9P€80€80€80 + €1 000

額面 €1 000 の債券が年 8% のクーポンを支払い、9 年後に満期を迎えます。最終利回りが 3.5% から 3% に変化します。債券価格はどれだけ ΔP 変化しますか?

F = €1 000クーポンレート = 8%n = 9y1 = 3.5%y2 = 3%
ΔP = €
6.債券の価格と利回りむずかしい
年0123…10€820€40€40 + €1 000

額面 €1 000、年クーポン 4% の債券が 10 年後に満期を迎え、€820 で売られています。最終利回り YTM をパーセントで求めなさい。

F = €1 000クーポンレート = 4%n = 10P = €820
YTM = %
7.CAPM と WACCふつう
WACC = ?自己資本€12 000 000re​ = 10%負債€6 000 000rd​ = 5%T = 28%

ある企業は時価 €12 000 000 の株主資本と時価 €6 000 000 の負債をもっています。株主資本コストは 10%、税引前負債コストは 5%、税率は 28% です。WACC を求めなさい。

E = €12 000 000D = €6 000 000re = 10%rd = 5%T = 28%
WACC = %
8.CAPM と WACCむずかしい
rf​ = 2%, rm​ − rf​ = 6%D/E = 0.5自己資本βL​ = 1負債D/E = 1自己資本re​ = ?負債T = 21%

ある会社の株式のベータは、現在の負債資本比率 0.5 で 1 です。負債資本比率を 1 に引き上げる計画です。税率は 21%、無リスク金利は 2%、市場リスクプレミアムは 6% です。変更後の株主資本コスト re を求めなさい。

βL = 1D/E1 = 0.5D/E2 = 1T = 21%rf = 2%rm − rf = 6%
re = %
9.記述統計ふつう
1015202530354045505560

データの標本標準偏差 s を求めなさい:60, 10, 34, 29, 54, 23。

n = 6
s =
10.記述統計むずかしい
z −2−1012

試験の点数は平均 70、標準偏差 8 の正規分布に従います。66 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 70σ = 8x = 66
z =
11.確率ふつう
P(少なくとも 1 回 6 が出る) = ??1?2?3?4?5?6P(6) = 各回 1/6

公正なさいころを 6 回振ります。少なくとも 1 回 6 が出る確率 P はいくつですか?

n = 6
P =
12.確率むずかしい
n = 7, p = 0.6: P(X = 5) = ?k01234567

あるテストには選択問題が 7 問あります。当てずっぽうで答える学生は、各問を独立に確率 0.6 で正解します。ちょうど 5 問正解する確率 P はいくつですか?

n = 7p = 0.6k = 5
P =
13.正規分布ふつう
750 g735.2 gX + Y?

X は平均 250 g、標準偏差 4 g の正規分布に従い、Y は X と独立で、平均 500 g、標準偏差 9 g の正規分布に従います。X + Y が 735.2 g を超える確率 P を求めなさい。z は小数第 2 位に丸めなさい。

μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 735.2 g
P =
14.正規分布むずかしい
0.03 mm0D − d?

穴の直径 D は平均 25.03 mm、標準偏差 0.01 mm の正規分布に従います。軸の直径 d は D と独立で、平均 25 mm、標準偏差 0.02 mm の正規分布に従います。無作為に選んだ軸は D − d > 0 のとき穴にはまります。はまる確率 P を求めなさい。z は小数第 2 位に丸めなさい。

穴: μ = 25.03 mm, σ = 0.01 mm軸: μ = 25 mm, σ = 0.02 mm
P =
15.信頼区間ふつう
n = 15, s = 3.5LUx̄ = 32.5E = ?99%

15 個からなる標本の平均は 32.5、標準偏差は s = 3.5 です。母集団はほぼ正規分布に従います。 平均の 99% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n = 15x̄ = 32.5s = 3.599%t(14) = 2.977
E =
16.信頼区間むずかしい
μ₁ − μ₂, t(19) = 2.8610LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

2 種類の肥料を試験します。区画群 1:13 区画、平均収量 49 kg、標準偏差 6.5 kg。区画群 2:8 区画、平均 47 kg、標準偏差 5 kg。等分散を仮定します(プールした t、df = n₁ + n₂ − 2)。 μ₁ − μ₂ の 99% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n₁ = 13x̄₁ = 49s₁ = 6.5n₂ = 8x̄₂ = 47s₂ = 599%t(19) = 2.861
E = kg
17.仮説検定と信頼区間ふつう
t −2.13102.131

学生 16 人の標本の平均点は 104.8、標本標準偏差は 8 です。H₀: μ = 100 に対する検定統計量 t を求めなさい。

μ₀ = 100x̄ = 104.8s = 8n = 16
t =
18.仮説検定と信頼区間むずかしい
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 5α = 0.05βσ = 21, 検出力 80%, n = ?

α = 0.05 の片側 z 検定で、平均の 5 単位のずれを検出力 80% で検出しなければなりません。標準偏差は 21 です。最小の標本サイズ n を求めなさい。

α = 0.05検出力 = 80%δ = 5σ = 21zα = 1.645zβ = 0.842
n =
19.線形回帰と相関ふつう
xy23943964785510621264xy510405060

表は x = 広告費(k€) と y = 売上高(k€) の 6 組の対になった観測値を示しています。 それらの和が与えられています。これらの和からピアソンの相関係数 r を求めなさい。

n = 6Σx = 42Σy = 306Σx² = 364Σy² = 16216Σxy = 2344
r =
20.線形回帰と相関むずかしい
xy18732180241042711730125xy20253080100120x = 22.5

表は x = 気温 (°C) と y = アイスクリームの販売数 の 5 組の対になった観測値を示しています。 最小二乗直線 ŷ = a + b·x を用います。 x = 22.5 のときの ŷ を予測しなさい。

n = 5x = 22.5
ŷ =

3溶液

1.貨幣の時間価値

答え: FV = 2014 €

貨幣の時間価値:今日のお金は、利息を生むことができるため、後で受け取る同じ金額より価値があります。1 期あたりの利率 i で、金額は FV = PV·(1 + i)n のように増えます。等額の支払いの列(年金)は、各支払いを足し合わせて評価し、そこから年金の公式が得られます。

指数

r·t = 0.05·14 = 0.7
e0.7 = 2.014

将来価値

FV = 1 000·2.014 = €2 013.75

答え

FV = €2 013.75
2.貨幣の時間価値

答え: FV = 176269 €

貨幣の時間価値:今日のお金は、利息を生むことができるため、後で受け取る同じ金額より価値があります。1 期あたりの利率 i で、金額は FV = PV·(1 + i)n のように増えます。等額の支払いの列(年金)は、各支払いを足し合わせて評価し、そこから年金の公式が得られます。

月利と積立回数

i = 0.054000000000000006/12 = 0.0045
N = 12·24 = 288

積立金の将来価値

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 300·(3.644 − 1)/0.0045 = €176 269.28

答え

FV = €176 269.28

自分で払い込んだのは €86 400。残りは利息です。

3.NPV と IRR

答え: NPV = 16601 €

正味現在価値:各キャッシュフローを要求収益率 r で現在まで割り引き、合計します:NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ。NPV > 0 のプロジェクトは r より多く稼ぎ、価値を生みます。内部収益率(IRR)は NPV = 0 となる利率です。

各キャッシュフローの現在価値

CF0 = −30 000
CF1/(1 + 0.07)1 = 14 000/1.07 = 13 084.11
CF2/(1 + 0.07)2 = 13 000/1.145 = 11 354.70
CF3/(1 + 0.07)3 = 15 000/1.225 = 12 244.47
CF4/(1 + 0.07)4 = 13 000/1.311 = 9 917.64

合計する

NPV = €16 600.92

答え

NPV = €16 600.92

NPV は正なので、このプロジェクトは要求収益率より多く稼ぎます。

4.NPV と IRR

答え: IRR = 15.28 %

正味現在価値:各キャッシュフローを要求収益率 r で現在まで割り引き、合計します:NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ。NPV > 0 のプロジェクトは r より多く稼ぎ、価値を生みます。内部収益率(IRR)は NPV = 0 となる利率です。

必要な年金現価係数

(1 − (1 + i)−3)/i = 25 000/11 000 = 2.273

利率について解く

利率が上がると年金現価係数は下がります。利率を挟み込んで絞り込みましょう。

i = 15%: 2.283
i = 16%: 2.246
IRR = 15.28%

答え

IRR = 15.28%
5.債券の価格と利回り

答え: ΔP = 46.96 €

債券の価格:債券の価格は、そのキャッシュフローを最終利回り(YTM)で割り引いた現在価値です。クーポンは年金をなし、額面は満期に償還されます。P = C·(1 − (1 + y)⁻ⁿ)/y + F/(1 + y)ⁿ。利回りがクーポンレートより高いと債券は額面を下回る価格で取引され、低いと額面を上回る価格で取引されます。

元の利回りでの価格

C = €80.00, i = 0.035, N = 9
€80.00·(1 − 0.7337)/0.035 + €1 000·0.7337 = €608.61 + €733.73 = €1 342.35

新しい利回りでの価格

C = €80.00, i = 0.03, N = 9
€80.00·(1 − 0.7664)/0.03 + €1 000·0.7664 = €622.89 + €766.42 = €1 389.31

変化

ΔP = 1 389.31 − 1 342.35 = €46.96

答え

ΔP = €46.96
6.債券の価格と利回り

答え: YTM = 6.504 %

債券の価格:債券の価格は、そのキャッシュフローを最終利回り(YTM)で割り引いた現在価値です。クーポンは年金をなし、額面は満期に償還されます。P = C·(1 − (1 + y)⁻ⁿ)/y + F/(1 + y)ⁿ。利回りがクーポンレートより高いと債券は額面を下回る価格で取引され、低いと額面を上回る価格で取引されます。

利回りの方程式

€820 = €40·(1 − (1 + y)⁻¹⁰)/y + €1 000/(1 + y)¹⁰

数値的に解く

P(6%) = €852.80, P(7%) = €789.29
YTM = 6.504%

答え

YTM = 6.504%
7.CAPM と WACC

答え: WACC = 7.867 %

資本コスト:CAPM は株主の要求収益率を与えます:re = rf + β·(rm − rf)。加重平均資本コストは、株主資本と負債を時価で加重して組み合わせます:WACC = E/V·re + D/V·rd·(1 − T)、ただし V = E + D。支払利息は税務上損金に算入できるので、(1 − T) がつきます。

ウェイト

V = €18 000 000, E/V = 0.6667, D/V = 0.3333

WACC

WACC = 0.6667·10% + 0.3333·5%·(1 − 0.28) = 7.867%

答え

WACC = 7.867%
8.CAPM と WACC

答え: re = 9.699 %

レバードベータ(ハマダの式):負債があると株式のリスクは高まります。βL = βU·(1 + (1 − T)·D/E) で、βU は負債のない事業のベータです。ベータを別の資本構成に移すには、まずアンレバーし、次に新しい D/E でリレバーします。

ベータをアンレバーする

βU = 1/(1 + 0.79·0.5) = 0.7168

新しい D/E でリレバーする

βL = 0.7168·(1 + 0.79·1) = 1.283

株主資本コスト(CAPM)

re = 2% + 1.283·6% = 9.699%

答え

re = 9.699%
9.記述統計

答え: s = 18.93

記述統計:平均は合計を n で割ったもの、中央値は並べ替えたデータの真ん中の値です(n が偶数なら真ん中 2 つの平均)。標本標準偏差は s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z スコア z = (x − μ)/σ は、値が平均から標準偏差何個分離れているかを表します。

平均

x̄ = 210/6 = 35

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 25² + (−25)² + (−1)² + (−6)² + 19² + (−12)² = 1792

標準偏差

s = √(1792/5) = 18.93

答え

s = 18.93
10.記述統計

答え: z = −0.5

記述統計:平均は合計を n で割ったもの、中央値は並べ替えたデータの真ん中の値です(n が偶数なら真ん中 2 つの平均)。標本標準偏差は s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z スコア z = (x − μ)/σ は、値が平均から標準偏差何個分離れているかを表します。

標準化する

z = (66 − 70)/8 = −0.5

答え

z = −0.5
11.確率

答え: P = 0.6651

確率:どの結果も同様に確からしいとき、P(A) = 該当する場合の数/全体の場合の数。独立な事象は掛け合わせます:P(A かつ B) = P(A)·P(B)。余事象がよく役立ちます:P(少なくとも 1 回) = 1 − P(1 回もない)。二項分布:成功確率 p の独立な試行を n 回行うと、P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ。

余事象

P(6 が出ない) = (5/6)6 = 0.3349
P = 1 − 0.3349 = 0.6651

答え

P = 0.6651
12.確率

答え: P = 0.2613

確率:どの結果も同様に確からしいとき、P(A) = 該当する場合の数/全体の場合の数。独立な事象は掛け合わせます:P(A かつ B) = P(A)·P(B)。余事象がよく役立ちます:P(少なくとも 1 回) = 1 − P(1 回もない)。二項分布:成功確率 p の独立な試行を n 回行うと、P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ。

二項分布の公式

P(X = 5) = 21·0.65·0.42 = 21·0.07776·0.16 = 0.2613

答え

P = 0.2613
13.正規分布

答え: P = 0.9332

正規変数の和と差:X と Y が独立で正規分布に従うなら、X + Y と X − Y も正規分布に従います。平均は足したり引いたりします:E(X ± Y) = μX ± μY。分散は差の場合でも常に足します:Var(X ± Y) = σX² + σY²、したがって σ = √(σX² + σY²) です。標準偏差を直接足すことはありません。同じ分布に従う独立な n 個の合計は、平均 n·μ、標準偏差 σ·√n です。そのあとはいつもどおり標準化します:z = (x − 平均)/σ とし、Φ(z) を読み取ります。

和の分布

μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9.849 g

標準化する

z = (735.2 − 750)/9.849 = −1.5

上側確率

P = 1 − Φ(−1.5) = 1 − 0.06681 = 0.9332

答え

P = 0.9332
14.正規分布

答え: P = 0.9099

正規変数の和と差:X と Y が独立で正規分布に従うなら、X + Y と X − Y も正規分布に従います。平均は足したり引いたりします:E(X ± Y) = μX ± μY。分散は差の場合でも常に足します:Var(X ± Y) = σX² + σY²、したがって σ = √(σX² + σY²) です。標準偏差を直接足すことはありません。同じ分布に従う独立な n 個の合計は、平均 n·μ、標準偏差 σ·√n です。そのあとはいつもどおり標準化します:z = (x − 平均)/σ とし、Φ(z) を読み取ります。

差の分布

μ = 25.03 − 25 = 0.03 mm, σ = 0.02236 mm

標準化する

z = (0 − 0.03)/0.02236 = −1.34

確率

P = 1 − Φ(−1.34) = 0.9099

答え

P = 0.9099
15.信頼区間

答え: E = 2.69

平均の信頼区間:x̄ ± 誤差の幅。母集団の σ が既知なら誤差の幅は z·σ/√n、標本標準偏差 s しかなければ自由度 n − 1 の t を使って t·s/√n です。臨界値:z = 1.645(90%)、1.96(95%)、2.576(99%)。誤差の幅を E 以下にするには n ≥ (z·σ/E)² が必要で、端数は切り上げます。

臨界値

df = n − 1 = 14, t = 2.977

誤差の幅

E = 2.977·3.5/√15 = 2.69

答え

E = 2.69
16.信頼区間

答え: E = 7.702 kg

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

プールした標準偏差

sp² = (12·6.5² + 7·5²)/19 = 35.89
sp = 5.991

誤差の幅

E = 2.861·5.991·√(1/13 + 1/8) = 7.702

答え

E = 7.702 kg
17.仮説検定と信頼区間

答え: t = 2.4

平均の検定:検定統計量は、標本平均が H₀ で主張された値から標準誤差何個分離れているかを表します:σ が既知なら z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n)、標本から推定するなら t = (x̄ − μ₀)/(s/√n)。信頼区間は x̄ ±(臨界値)·(標準誤差)です。

標準誤差

SE = 8/√16 = 8/4 = 2

検定統計量

t = (104.8 − 100)/2 = 2.4

答え

t = 2.4
t0.025; df = 15 = 2.131

|t| > 2.131 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されます。

18.仮説検定と信頼区間

答え: n = 110

検定に必要な標本サイズ:有意水準 α の片側 z 検定で、真のずれ δ を検出力 1 − β で検出するには、標準誤差が δ = (z_α + z_β)·σ/√n を満たす必要があるので、n = ((z_α + z_β)·σ/δ)² を切り上げます。

n について解く

n = ((1.645 + 0.842)·21/5)² = 109.1

切り上げる

n = 110

答え

n = 110
19.線形回帰と相関

答え: r = 0.9775

最小二乗回帰:x̄ と ȳ を平均とし、Sxx = Σ(x − x̄)²、Syy = Σ(y − ȳ)²、Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) とすると、直線 ŷ = a + b·x の傾きは b = Sxy/Sxx、切片は a = ȳ − b·x̄ なので、この直線は必ず (x̄, ȳ) を通ります。ピアソンの相関係数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) は −1 から 1 の間の値をとります。r² は y の変動のうち直線で説明される割合です。

偏差平方和・偏差積和

Sxy = 2344 − 42·306/6 = 202
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 16216 − 306²/6 = 610

相関係数

r = 202/√(70·610) = 0.9775

答え

r = 0.9775
20.線形回帰と相関

答え: ŷ = 92.75

最小二乗回帰:x̄ と ȳ を平均とし、Sxx = Σ(x − x̄)²、Syy = Σ(y − ȳ)²、Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) とすると、直線 ŷ = a + b·x の傾きは b = Sxy/Sxx、切片は a = ȳ − b·x̄ なので、この直線は必ず (x̄, ȳ) を通ります。ピアソンの相関係数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) は −1 から 1 の間の値をとります。r² は y の変動のうち直線で説明される割合です。

平均

x̄ = 120/5 = 24
ȳ = 499/5 = 99.8

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 423

回帰直線

b = 423/90 = 4.7
a = 99.8 − 4.7·24 = −13
ŷ = −13 + 4.7·x

予測

ŷ = −13 + 4.7·22.5 = 92.75

答え

ŷ = 92.75

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