心理学研究法・心理統計:直前対策パック

公式集、全トピックの解法の要点、16 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

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

カイ二乗検定

検定統計量
χ² = Σ(O − E)²/E
適合度
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
独立性
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
臨界値(α = 0.05)
df 1: 3.841, 2: 5.991, 3: 7.815, 4: 9.488
判断
χ² > χ²crit なら H0 を棄却

2演習問題

1.心理学研究法ふつう

出版バイアスとは何を指しますか?

  1. A査読者が、無名の大学の著者より有名大学の著者の論文を優遇すること
  2. B有意な結果の研究が、帰無結果の研究より公刊されやすいこと
  3. C研究者が同じ研究を 2 回公刊すること
  4. D学術誌が質的研究だけを掲載すること
2.心理学研究法むずかしい

グラウンデッド・セオリーでは、データ収集はいつまで続けますか?

  1. A理論的飽和に達し、新しいデータが新しいカテゴリーを加えなくなるまで
  2. B0.05 未満の p 値が得られるまで
  3. C少なくとも 1,000 人の参加者にインタビューするまで
  4. D元の仮説が確証されるまで
3.記述統計ふつう
20253035404550

データの標本標準偏差 s を求めなさい:20, 51, 35, 45, 45, 26, 53。

n = 7
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

試験の点数は平均 500、標準偏差 60 の正規分布に従います。440 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 500σ = 60x = 440
z =
5.確率ふつう
赤: 7青: 8

袋に赤玉 7 個と青玉 8 個が入っています。1 個目を戻さずに 2 個取り出します。2 個とも赤である確率 P はいくつですか?

7 / 8
P =
6.確率むずかしい
n = 5, p = 0.25: P(X ≤ 1) = ?k012345

部品を 5 個試験し、各部品は独立に確率 0.25 で故障します。故障が多くとも 1 個である確率 P はいくつですか?

n = 5p = 0.25
P =
7.正規分布ふつう
420508P = ?

電池の寿命は、平均 500 h、標準偏差 40 h の正規分布に従います。420 から 508 h の間にある割合はいくらですか?P を小数で答えなさい。

μ = 500σ = 40x1 = 420x2 = 508
P =
8.正規分布むずかしい
157164171178185192199cm下端 25%

成人男性の身長 は、平均 178 cm、標準偏差 7 cm の正規分布に従います。色つきの下位 25% が左側になるように、しきい値をドラッグします。しきい値 x を求めなさい。

μ = 178 cmσ = 7 cm25%
x = cm
9.信頼区間ふつう
x̄E₁ = 5.399%, n = 25x̄E₂ = ?90%, n = 25

σ が既知のもとで 25 個の観測値に基づく平均の 99% 信頼区間の誤差の幅は 5.3 です。 同じデータから求めた 90% 区間の誤差の幅 E₂ はいくらですか?

99%n₁ = 25E₁ = 5.390%
E₂ =
10.信頼区間むずかしい
n = 16σ = ?Us = 5.595%

機械加工した 16 本の軸の直径の標本標準偏差は 5.5 µm です。直径が正規分布に従うと仮定して、母標準偏差の 95% 信頼区間の下限 σ を求めなさい。df = 15 のとき、χ² 分布の 2.5% は 6.262 より下に、2.5% は 27.488 より上にあります。

n = 16s = 5.5 µmχ² = 6.262, 27.488
σ = µm
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−1.961.96z = ?

2 つの生産ラインで同じ部品をつくっています。ライン 1:80 個の部品の標本の平均長さは 137.5 mm で、ラインの既知の標準偏差は 8 mm です。ライン 2:60 個の部品の標本の平均は 136.3 mm、既知の標準偏差は 9 mm です。差を x̄₁ − x̄₂(ライン 1 − ライン 2)として、H₀: μ₁ = μ₂ の検定統計量 z を求めなさい。

n₁ = 80x̄₁ = 137.5 mmσ₁ = 8 mmn₂ = 60x̄₂ = 136.3 mmσ₂ = 9 mm
z =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
−1.961.96z = ?

ある臨床試験で、治療 A の患者 120 人中 18 人、治療 B の患者 80 人中 16 人が回復しました。プールした比率を使って、H₀: p₁ = p₂ の検定統計量 z を求めなさい。

x₁ = 18n₁ = 120x₂ = 16n₂ = 80
z =
13.線形回帰と相関ふつう
xy14701669188720972210424115xy15202580100120

表は x = 気温 (°C) と y = アイスクリームの販売数 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 = 114Σy = 542Σx² = 2236Σy² = 50680Σxy = 10638
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy16371952225425672875xy20254060x = 26.5

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 = 26.5 のときの ŷ を予測しなさい。

n = 5x = 26.5
ŷ =
15.カイ二乗検定ふつう
バス自転車車合計学生17392884職員23421883合計408146167

分割表は観測度数を示しています。カイ二乗独立性検定のために、セル「学生、車」の期待度数 E を求めなさい。

行の合計 = 84列の合計 = 46N = 167
E =
16.カイ二乗検定むずかしい

カイ二乗適合度検定で、9 個のカテゴリーの度数が、同じデータから平均を推定したポアソン分布に従うかどうかを調べます。 この検定の自由度 df はいくつですか?

k = 9
df =

3溶液

1.心理学研究法

答え: B · 有意な結果の研究が、帰無結果の研究より公刊されやすいこと

これが答えになる理由

有意でない研究が引き出しにしまわれたままだと、公刊された文献は効果量を過大評価し、メタ分析をゆがめます。

答え

B · 有意な結果の研究が、帰無結果の研究より公刊されやすいこと
2.心理学研究法

答え: A · 理論的飽和に達し、新しいデータが新しいカテゴリーを加えなくなるまで

これが答えになる理由

グラウンデッド・セオリーは、データの収集とコード化を並行して行いながら帰納的に理論を発展させ、新しいデータがカテゴリーをもう発展させなくなったら標本抽出を止めます。

答え

A · 理論的飽和に達し、新しいデータが新しいカテゴリーを加えなくなるまで
3.記述統計

答え: s = 12.63

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 = 275/7 = 39.29

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = (−19.29)² + 11.71² + (−4.286)² + 5.714² + 5.714² + (−13.29)² + 13.71² = 957.4

標準偏差

s = √(957.4/6) = 12.63

答え

s = 12.63
4.記述統計

答え: z = −1

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 = (440 − 500)/60 = −1

答え

z = −1
5.確率

答え: P = 0.2

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。

1 回目と 2 回目

P = 7/15 · 6/14 = 42/210 = 0.2

答え

P = 0.2
6.確率

答え: P = 0.6328

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。

故障 0 個と 1 個

P(X = 0) = 0.755 = 0.2373
P(X = 1) = 5·0.25·0.754 = 0.3955

足し合わせる

P = 0.2373 + 0.3955 = 0.6328

答え

P = 0.6328
7.正規分布

答え: P = 0.5565

正規分布:値 x を z スコア z = (x − μ)/σ に変換します。これは平均から標準偏差何個分離れているかを表します。z 表(または Φ(z))は z より左側の面積、つまり P(X < x) を与えます。右側の面積は 1 − Φ(z)、2 つの値の間の面積はそれぞれの左側の面積の差です。

z スコア

z₁ = (420 − 500)/40 = −2
z₂ = (508 − 500)/40 = 0.2

間の面積

P = Φ(0.2) − Φ(−2) = 0.5793 − 0.02275 = 0.5565

答え

P = 0.5565
8.正規分布

答え: x = 173.3 cm

面積から z へ戻る:Φ(z) は z の左側の面積です。左側の裾の面積 A なら、表で Φ(z) = A となる z を見つけます。右側の裾の面積 A なら Φ(z) = 1 − A です。−z から z の間の中央の面積 A なら、各裾に (1 − A)/2 が残るので、Φ(z) = (1 + A)/2 です。値 x には x = μ + zσ を使います。

左側の面積

Φ(z) = 0.25

表からの z

z ≈ −0.67

元の単位に戻す

x = 178 − 0.67·7 = 173.3 cm

答え

x = 173.3 cm
9.信頼区間

答え: E₂ = 3.385

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1.645 (90%), 1.96 (95%), 2.576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

誤差の幅の比

E₂/E₁ = (1.645/2.576)·√(25/25) = 0.6386

新しい誤差の幅

E₂ = 5.3·0.6386 = 3.385

答え

E₂ = 3.385
10.信頼区間

答え: σ = 4.063 µm

分散の区間:(n − 1)s²/σ² は自由度 n − 1 の χ² 分布に従います。σ² の 95% 区間は、(n − 1)s² を上側の χ² 値(その上に 2.5%)で割った値から、下側の χ² 値(その下に 2.5%)で割った値までです。σ の区間は両方の限界の平方根です。s に関して対称ではありません。

平方和

(n − 1)s² = 15·5.5² = 453.8

σ² の限界

453.8/27.488 = 16.51
453.8/6.262 = 72.46

σ の限界

σ = √16.51 = 4.063 µm

答え

σ = 4.063 µm

σ の 95% 区間:[4.063, 8.512] µm。

11.仮説検定と信頼区間

答え: z = 0.8184

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

差の標準誤差

SE = √(8²/80 + 9²/60) = √2.15 = 1.466

検定統計量

z = (137.5 − 136.3)/1.466 = 0.8184

答え

z = 0.8184

|z| < 1.96 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されません。

12.仮説検定と信頼区間

答え: z = −0.9222

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

標本比率

p̂₁ = 18/120 = 0.15
p̂₂ = 16/80 = 0.2
p̂ = 34/200 = 0.17

H₀ のもとでの標準誤差

SE = √(0.17·0.83·(1/120 + 1/80)) = 0.05422

検定統計量

z = (0.15 − 0.2)/0.05422 = −0.9222

答え

z = −0.9222

|z| < 1.96 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されません。

13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9801

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 = 10638 − 114·542/6 = 340
Sxx = 2236 − 114²/6 = 70
Syy = 50680 − 542²/6 = 1719

相関係数

r = 340/√(70·1719) = 0.9801

答え

r = 0.9801
14.線形回帰と相関

答え: ŷ = 70.65

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 = 110/5 = 22
ȳ = 285/5 = 57

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 273

回帰直線

b = 273/90 = 3.033
a = 57 − 3.033·22 = −9.733
ŷ = −9.733 + 3.033·x

予測

ŷ = −9.733 + 3.033·26.5 = 70.65

答え

ŷ = 70.65
15.カイ二乗検定

答え: E = 23.14

カイ二乗検定:観測度数 O と H₀ のもとでの期待度数 E を χ² = Σ(O − E)²/E で比べます。適合度検定:各カテゴリーで E = n·p、自由度 df = k − 1(データから推定したパラメータ 1 つごとにさらに 1 を引く)。r × c 表での独立性の検定:E = 行の合計 × 列の合計 / 総計、df = (r − 1)(c − 1)。χ² が選んだ α での臨界値を超えたら H₀ を棄却します。

期待度数

E = 84·46/167 = 23.14

答え

E = 23.14
16.カイ二乗検定

答え: df = 7

カイ二乗検定:観測度数 O と H₀ のもとでの期待度数 E を χ² = Σ(O − E)²/E で比べます。適合度検定:各カテゴリーで E = n·p、自由度 df = k − 1(データから推定したパラメータ 1 つごとにさらに 1 を引く)。r × c 表での独立性の検定:E = 行の合計 × 列の合計 / 総計、df = (r − 1)(c − 1)。χ² が選んだ α での臨界値を超えたら H₀ を棄却します。

自由度

df = 9 − 1 − 1 = 7

答え

df = 7

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