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

テストが簡単すぎて、ほとんどすべての参加者が満点近くをとります。これを何と呼びますか?

  1. A練習効果
  2. B天井効果
  3. C順序効果
  4. D床効果
2.心理学研究法むずかしい

ミルグラムの服従実験で、参加者は本物の電気ショックを与えていると信じていました。最も直接的に提起される倫理的問題はどれで、それはどのように部分的に対処されましたか?

  1. A統制群の欠如。参加者を条件に無作為に割り当てることで対処した
  2. B欺瞞と苦痛の可能性。徹底したデブリーフィングで対処した
  3. C守秘の欠如。名前を公表することで対処した
  4. D子どもの使用。保護者の同意で対処した
3.記述統計ふつう
25303540455055

データの標本標準偏差 s を求めなさい:36, 59, 25, 29, 26, 33。

n = 6
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 75 の正規分布に従います。350 より小さい値の割合 P はいくつですか?

μ = 500σ = 75x = 350
P =
5.確率ふつう
xp(x)10.220.330.140.150.3μ = 3

示された分布について、X の標準偏差 σ を求めなさい。

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0.2, 0.3, 0.1, 0.1, 0.3
σ =
6.確率むずかしい
n = 11, p = 0.6: P(X = 5) = ?k01234567891011

あるテストには選択問題が 11 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 = 11p = 0.6k = 5
P =
7.正規分布ふつう
−3−2−10123z−z から z の間の色つき面積 = 0.9586

標準正規曲線の下で、−z から z の間の色つき面積が 0.9586 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 = 0.9586
z =
8.正規分布むずかしい
μ = 500x = ?99%

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。全体の 99% がそれより下にある値 x(第 99 パーセンタイル)を求めなさい。

μ = 500σ = 40P = 99%
x = h
9.信頼区間ふつう
x̄E₁ = 5.799%, n = 25x̄E₂ = ?95%, 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 5.7 です。 同じデータから求めた 95% 区間の誤差の幅 E₂ はいくらですか?

99%n₁ = 25E₁ = 5.795%
E₂ =
10.信頼区間むずかしい
σ = 12, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 390%

母標準偏差は 12 です。平均の 90% 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 = 12E = 390%
n =
11.仮説検定と信頼区間ふつう
t −1.9901.99

学生 81 人の標本の平均点は 501.3、標本標準偏差は 4 です。H₀: μ = 500 に対する検定統計量 t を求めなさい。

μ₀ = 500x̄ = 501.3s = 4n = 81
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
σ = 12, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0.595%

平均の 95% 信頼区間の誤差の幅を 0.5 以下にするには、標本はどれだけ大きくなければなりませんか?標準偏差は 12 です。最小の標本サイズ n を求めなさい。

σ = 12E = 0.595%
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy1782208923108261302913632153xy202530100150

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。 最小二乗直線の決定係数 r² を求めなさい。

n = 6
r² =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy249351453559671xy246506070x = 5.5

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。 最小二乗直線 ŷ = a + b·x を用います。 x = 5.5 のときの ŷ を予測しなさい。

n = 5x = 5.5
ŷ =
15.カイ二乗検定ふつう
低中高合計都市部33322893農村部25294296合計586170189

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「農村部、高」の期待度数 E を求めなさい。

行の合計 = 96列の合計 = 70N = 189
E =
16.カイ二乗検定むずかしい
dfα = 0.05α = 0.0113.8416.63525.9919.21037.81511.34549.48813.277511.07015.086612.59216.812714.06718.475815.50720.090916.91921.6661018.30723.209

カイ二乗適合度検定で、3 個のカテゴリーの観測度数を、完全に指定された期待割合と比べます(データから推定するパラメータはありません)。 表を使って、有意水準 α = 0.01 での臨界値 χ²crit を求めなさい。

α = 0.01
χ²crit =

3溶液

1.心理学研究法

答え: B · 天井効果

これが答えになる理由

天井効果は、誰もそれ以上の得点をとれないため、条件間の違いを隠してしまいます。床効果はその逆で、課題が難しすぎる場合です。

答え

B · 天井効果
2.心理学研究法

答え: B · 欺瞞と苦痛の可能性。徹底したデブリーフィングで対処した

これが答えになる理由

参加者はショックについて欺かれ、多くが強いストレスを示しました。ミルグラムは参加者にデブリーフィングを行い、「学習者」と対面させました。追跡調査ではほとんどの人が参加してよかったと答えましたが、その倫理性はいまも議論されています。

答え

B · 欺瞞と苦痛の可能性。徹底したデブリーフィングで対処した
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 = 208/6 = 34.67

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 1.333² + 24.33² + (−9.667)² + (−5.667)² + (−8.667)² + (−1.667)² = 797.3

標準偏差

s = √(797.3/5) = 12.63

答え

s = 12.63
4.記述統計

答え: P = 0.02275

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) = 0.02275
P = 0.02275

答え

P = 0.02275
5.確率

答え: σ = 1.549

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。

平均

μ = 1·0.2 + 2·0.3 + 3·0.1 + 4·0.1 + 5·0.3 = 3

2 乗の平均

E(X²) = 1·0.2 + 4·0.3 + 9·0.1 + 16·0.1 + 25·0.3 = 11.4

分散

Var(X) = 11.4 − 3² = 2.4
σ = √2.4 = 1.549

答え

σ = 1.549
6.確率

答え: P = 0.1471

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) = 462·0.65·0.46 = 462·0.07776·0.004096 = 0.1471

答え

P = 0.1471
7.正規分布

答え: z = 2.04

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 + 0.9586)/2 = 0.9793

z 表を逆に読む

表の中で 0.9793 を見つけ、z を読み取ります。

z = 2.04

答え

z = 2.04
8.正規分布

答え: x = 593.1 h

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) = 0.99 → z = 2.326

x に戻す

x = 500 + 2.326·40 = 593.05 h

答え

x = 593.05 h
9.信頼区間

答え: E₂ = 4.337

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 = (1.96/2.576)·√(25/25) = 0.7609

新しい誤差の幅

E₂ = 5.7·0.7609 = 4.337

答え

E₂ = 4.337
10.信頼区間

答え: n = 44

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 = (1.645·12/3)² = 43.3

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 = 44

答え

n = 44
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = 2.925

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/√81 = 4/9 = 0.4444

検定統計量

t = (501.3 − 500)/0.4444 = 2.925

答え

t = 2.925
t0.025; df = 80 = 1.99

|t| > 1.99 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: n = 2213

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。

n について解く

n = (1.96·12/0.5)² = 2213

切り上げる

n = 2213

答え

n = 2213
13.線形回帰と相関

答え: r² = 0.9795

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 = 147/6 = 24.5
ȳ = 698/6 = 116.3

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 777
Syy = Σ(y − ȳ)² = 3913

決定係数

r² = 777²/(157.5·3913) = 0.9795

答え

r² = 0.9795

y の変動の約 97.95% が直線で説明されます。

14.線形回帰と相関

答え: ŷ = 64.4

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 = 20/5 = 4
ȳ = 283/5 = 56.6

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 52

回帰直線

b = 52/10 = 5.2
a = 56.6 − 5.2·4 = 35.8
ŷ = 35.8 + 5.2·x

予測

ŷ = 35.8 + 5.2·5.5 = 64.4

答え

ŷ = 64.4
15.カイ二乗検定

答え: E = 35.56

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 = 96·70/189 = 35.56

答え

E = 35.56
16.カイ二乗検定

答え: χ²crit = 9.21

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 = 3 − 1 = 2

表

χ²crit(df = 2, α = 0.01) = 9.210

答え

χ²crit = 9.210

計算した χ² がこの値より大きければ H₀ を棄却します。

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