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。

新しい問題科目に戻る

印刷ウィンドウで「PDF として保存」を選ぶと、コピーを端末に保存できます。

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

内的妥当性とは何を指しますか?

  1. A知見が、研究を超えて他の母集団、場面、時期に一般化できるかどうか
  2. B参加者が研究を面白いと感じたかどうか
  3. Cテストが時間を通じて同じ結果を示すかどうか
  4. D観察された効果が、ほかの要因ではなく本当に独立変数によって引き起こされたかどうか
2.心理学研究法むずかしい

ある研究で、ストレスが病気に及ぼす効果は、強いソーシャルサポートを持つ人では弱いことがわかりました。ソーシャルサポートは何として働いていますか?

  1. A媒介変数(メディエーター)
  2. B交絡変数
  3. C調整変数(モデレーター)
  4. D従属変数
3.記述統計ふつう
202530354045

データの標本標準偏差 s を求めなさい:48, 18, 30, 42, 17。

n = 5
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

ある量は平均 500、標準偏差 40 の正規分布に従います。580 より小さい値の割合 P はいくつですか?

μ = 500σ = 40x = 580
P =
5.確率ふつう
赤: 4青: 4

袋に赤玉 4 個と青玉 4 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?

4 / 4
P =
6.確率むずかしい
€p(x)−50.8950.12450.01

ゲームの参加費は €5 です。確率 0.1 で €10、確率 0.01 で €250 を獲得し、それ以外では何も獲得しません。賭け金は戻りません。1 ゲームあたりの純利得の期待値 E(G) を求めなさい。

賭け金 = €5€10: p = 0.1€250: p = 0.01
E(G) = €
7.正規分布ふつう
−3−2−10123z−z から z の間の色つき面積 = 0.6680

標準正規曲線の下で、−z から z の間の色つき面積が 0.6680 になるように z をドラッグします。z を小数第 2 位まで求めなさい。

A = 0.6680
z =
8.正規分布むずかしい
μ = 65x = ?20%

試験の得点は、平均 65 点、標準偏差 10 点 の正規分布に従います。全体の 20% がそれより下にある値 x(第 20 パーセンタイル)を求めなさい。

μ = 65σ = 10P = 20%
x = 点
9.信頼区間ふつう
n = 12, sd​ = 2.10LUd̄ = −2.3E = ?99%

12 人の患者の血圧を治療の前後に測定します。差 d = 前 − 後(mmHg)の平均は −2.3、標準偏差は 2.1 です。 差の平均の 99% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n = 12d̄ = −2.3sd = 2.199%t(11) = 3.106
E = mmHg
10.信頼区間むずかしい
σ = 16, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 399%

母標準偏差は 16 です。平均の 99% 信頼区間の誤差の幅を 3 以下にするには、どれだけの標本サイズ n が必要ですか?

σ = 16E = 399%
n =
11.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 122.4、標本標準偏差は 4 です。H₀: μ = 120 に対する検定統計量 t を求めなさい。

μ₀ = 120x̄ = 122.4s = 4n = 16
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
μ₀x̄c

H₀: μ = 200 対 H₁: μ < 200 の片側 z 検定を、α = 0.01、標本サイズ 64 で行います。標準偏差は 8 であることがわかっています。実際の平均は 196.9 です。 検定の検出力 1 − β をパーセントで求めなさい。

μ₀ = 200μ = 196.9σ = 8n = 64α = 0.01
1 − β = %
13.線形回帰と相関ふつう
xy343451552659761xy465060

表は x = 広告費(k€) と y = 売上高(k€) の 5 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 = 5Σx = 25Σy = 266Σx² = 135Σy² = 14356Σxy = 1374
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy128224322420518614xy246152025ŷ = 24

表は x = 車の年数(年) と y = 価格(k€) の 6 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。 直線が ŷ = 24 と予測するのは、どの値 x のときですか?

n = 6ŷ = 24
x =
15.カイ二乗検定ふつう
低中高合計都市部5425180農村部462549120合計1005050200

分割表は観測度数を示しています。行の変数と列の変数の独立性の検定について、カイ二乗統計量 χ² を計算しなさい。連続性の補正は使いません。

N = 2002 × 3
χ² =
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: D · 観察された効果が、ほかの要因ではなく本当に独立変数によって引き起こされたかどうか

これが答えになる理由

内的妥当性が高いとは、交絡、要求特性、実験者バイアスなどの代替説明が排除されていることを意味します。外的妥当性は一般化に関わります。

答え

D · 観察された効果が、ほかの要因ではなく本当に独立変数によって引き起こされたかどうか
2.心理学研究法

答え: C · 調整変数(モデレーター)

これが答えになる理由

調整変数は 2 つの変数の関係の強さや方向を変えます。媒介変数は、ある変数が別の変数に影響する仕組みを説明します。

答え

C · 調整変数(モデレーター)
3.記述統計

答え: s = 13.93

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 = 155/5 = 31

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 17² + (−13)² + (−1)² + 11² + (−14)² = 776

標準偏差

s = √(776/4) = 13.93

答え

s = 13.93
4.記述統計

答え: P = 0.9772

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 = 2

標準正規分布表

Φ(2) = 0.9772
P = 0.9772

答え

P = 0.9772
5.確率

答え: P = 0.2143

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 = 4/8 · 3/7 = 12/56 = 0.2143

答え

P = 0.2143
6.確率

答え: E(G) = −1.5 €

離散確率変数:確率分布は、変数がとりうるすべての値 x とその確率 p(x) を並べたものです。確率は 0 と 1 の間にあり、合計は 1 になります。期待値(平均)は E(X) = Σx·p(x) で、長期的な平均です。分散は Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ²、標準偏差は σ = √Var(X) です。一次変換 Y = aX + b では E(Y) = a·E(X) + b、Var(Y) = a²·Var(X)、σY = |a|·σX となり、定数を加えてもばらつきは変わりません。

純利得の結果

G: 5 (p = 0.1), 245 (p = 0.01), −5 (p = 0.89)

期待値

E(G) = 5·0.1 + 245·0.01 − 5·0.89 = −1.5 €

答え

E(G) = −1.5 €

負の値は、平均して損をすることを意味します。

7.正規分布

答え: z = 0.97

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。

z の左側の面積

Φ(z) = (1 + 0.6680)/2 = 0.8340

z 表を逆に読む

表の中で 0.8340 を見つけ、z を読み取ります。

z = 0.97

答え

z = 0.97
8.正規分布

答え: x = 56.58 点

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。

パーセンタイルに対応する z

Φ(z) = 0.2 → z = −0.8416

x に戻す

x = 65 + −0.8416·10 = 56.58 点

答え

x = 56.58 点
9.信頼区間

答え: E = 1.883 mmHg

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.

臨界値

df = 11, t = 3.106

誤差の幅

E = 3.106·2.1/√12 = 1.883

答え

E = 1.883 mmHg
10.信頼区間

答え: n = 189

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。

n について解く

n = (2.576·16/3)² = 188.8

切り上げる

標本サイズは整数であり、切り捨てると誤差の幅が大きくなりすぎます。

n = 189

答え

n = 189
11.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 = 4/√16 = 4/4 = 1

検定統計量

t = (122.4 − 120)/1 = 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。

12.仮説検定と信頼区間

答え: 1 − β = 78.05 %

検定の検出力:検出力 = 1 − β は、H₀ が誤っているときに H₀ を棄却する確率です。μ₀ と z_α から境界値 x̄c を求め、真の平均を使って x̄c を超える確率を計算します:z = (x̄c − μ)/(σ/√n)。

臨界標本平均

SE = 8/√64 = 1
x̄c = 200 − 2.326·1 = 197.7

真の平均のもとでの z

z = (197.7 − 196.9)/1 = 0.774

電力

検出力 = P(Z < 0.774) = 78.05%
1 − β = 78.05%

答え

1 − β = 78.05%
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9723

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 = 1374 − 25·266/5 = 44
Sxx = 135 − 25²/5 = 10
Syy = 14356 − 266²/5 = 204.8

相関係数

r = 44/√(10·204.8) = 0.9723

答え

r = 0.9723
14.線形回帰と相関

答え: x = 2.333

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 = 21/6 = 3.5
ȳ = 126/6 = 21

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −45

回帰直線

b = −45/17.5 = −2.571
a = 21 − (−2.571)·3.5 = 30
ŷ = 30 − 2.571·x

x について解く

x = (24 − 30)/(−2.571) = 2.333

答え

x = 2.333
15.カイ二乗検定

答え: χ² = 40.33

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

都市部: 80·100/200 = 40, 80·50/200 = 20, 80·50/200 = 20
農村部: 120·100/200 = 60, 120·50/200 = 30, 120·50/200 = 30

カイ二乗統計量

χ² = (54 − 40)²/40 + (25 − 20)²/20 + (1 − 20)²/20 + (46 − 60)²/60 + (25 − 30)²/30 + (49 − 30)²/30
χ² = 40.33

答え

χ² = 40.33

df = 2。α = 0.05 での臨界値は 5.991 なので、H₀(独立)は棄却される。

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

ExamProblems · examproblems.com/courses/research-methods-psychology