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

生態学的妥当性とは何を指しますか?

  1. Aテストが時間を通じてどれだけ一貫しているか
  2. Bテストが正しいものを測っているように見えるか
  3. C結果が現実の生活場面にどれだけ一般化できるか
  4. Dテストが将来の行動を予測するか
2.心理学研究法むずかしい

ある心理学科は、心理学入門の授業からだけ参加者を募集しています。批判者は標本が「WEIRD」だと言います。これは何を指していますか?

  1. A研究から早く脱落する標本
  2. B一般化できないかもしれない、西洋の、教育を受けた、工業化された、豊かで、民主的な社会の標本
  3. C重みづけ無作為法で募集された標本
  4. D行動が異常に奇妙な標本
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:47, 52, 18, 29, 30。

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 100 の正規分布に従います。650 より大きい値の割合 P はいくつですか?

μ = 500σ = 100x = 650
P =
5.確率ふつう
n = 15k = 4N = ?

15 人のグループから 4 人の委員会を選ぶ方法 N は何通りですか?順序は問いません。

n = 15k = 4
N =
6.確率むずかしい
n = 11, p = 0.6: P(X = 2) = ?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 2 問正解する確率 P はいくつですか?

n = 11p = 0.6k = 2
P =
7.正規分布ふつう
−3−2−10123zz の右側の色つき面積 = 0.1949

標準正規曲線の下で、z の右側の色つき面積が 0.1949 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 = 0.1949
z =
8.正規分布むずかしい
0.05 mm0D − d?

穴の直径 D は平均 25.05 mm、標準偏差 0.02 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 0.015 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 = 25.05 mm, σ = 0.02 mm軸: μ = 25 mm, σ = 0.015 mm
P =
9.信頼区間ふつう
n = 11, s = 1.5LUx̄ = 45E = ?90%

11 個からなる標本の平均は 45、標準偏差は s = 1.5 です。母集団はほぼ正規分布に従います。 平均の 90% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n = 11x̄ = 45s = 1.590%t(10) = 1.812
E =
10.信頼区間むずかしい
p ≈ 0.15, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.0395%

予備調査によると、製品の約 0.15 が不良品です。 割合の 95% 信頼区間の誤差の幅を 0.03 以下にするには、製品をいくつ n 検査する必要がありますか?

p ≈ 0.15E = 0.0395%
n =
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−2.2012.201t = ?df = 11

12 人の従業員が研修の前後にタイピングテストを受けます。各人について差 d = 後 − 前(1 分あたりの単語数)を記録します。差の平均は 5.05、差の標準偏差は 7 です。H₀: μd = 0 の対応のある検定統計量 t を求めなさい。

n = 12d̄ = 5.05sd = 7
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
σ = 5, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0.599%

平均の 99% 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 5 です。最小の標本サイズ n を求めなさい。

σ = 5E = 0.599%
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy2541461782510301236xy510102030

表は x = 荷重 (kN) と y = 伸び (mm) 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
xy125223323421520615xy246152025x = 3.5

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。 新しい観測値 (3.5, 17) が得られました。その残差 e = y − ŷ を求めなさい。

n = 6(3.5, 17)
e =
15.カイ二乗検定ふつう
バス自転車車合計学生13123560職員353629100合計484864160

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 = 1602 × 3
χ² =
16.カイ二乗検定むずかしい

カイ二乗適合度検定で、8 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 = 8
df =

3溶液

1.心理学研究法

答え: C · 結果が現実の生活場面にどれだけ一般化できるか

これが答えになる理由

生態学的妥当性は、結果が日常場面に当てはまるかどうかに関わります。厳しく統制された実験室研究はこの点で低いことがよくあります。

答え

C · 結果が現実の生活場面にどれだけ一般化できるか
2.心理学研究法

答え: B · 一般化できないかもしれない、西洋の、教育を受けた、工業化された、豊かで、民主的な社会の標本

これが答えになる理由

ヘンリックらは、心理学の参加者のほとんどが人類を代表しない WEIRD な社会の出身であり、母集団的妥当性が脅かされていると指摘しました。

答え

B · 一般化できないかもしれない、西洋の、教育を受けた、工業化された、豊かで、民主的な社会の標本
3.記述統計

答え: s = 13.99

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 = 176/5 = 35.2

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 11.8² + 16.8² + (−17.2)² + (−6.2)² + (−5.2)² = 782.8

標準偏差

s = √(782.8/4) = 13.99

答え

s = 13.99
4.記述統計

答え: P = 0.06681

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 = 1.5

標準正規分布表

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

答え

P = 0.06681
5.確率

答え: N = 1365

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。

組合せ

C(15, 4) = (15·14·13·12)/(4·3·2·1) = 1365

答え

N = 1365
6.確率

答え: P = 0.00519

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 = 2) = 55·0.62·0.49 = 55·0.36·0.0002621 = 0.00519

答え

P = 0.00519
7.正規分布

答え: z = 0.86

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 − 0.1949 = 0.8051

z 表を逆に読む

表の中で 0.8051 を見つけ、z を読み取ります。

z = 0.86

答え

z = 0.86
8.正規分布

答え: P = 0.9772

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 = 25.05 − 25 = 0.05 mm, σ = 0.025 mm

標準化する

z = (0 − 0.05)/0.025 = −2

確率

P = 1 − Φ(−2) = 0.9772

答え

P = 0.9772
9.信頼区間

答え: E = 0.8195

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 = 10, t = 1.812

誤差の幅

E = 1.812·1.5/√11 = 0.8195

答え

E = 0.8195
10.信頼区間

答え: n = 545

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0.5, which gives the largest n.

n について解く

n = 1.96²·0.15·0.85/0.03² = 544.2

切り上げる

n = 545

答え

n = 545
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = 2.499

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

差の平均の標準誤差

SE = 7/√12 = 2.021

検定統計量

t = 5.05/2.021 = 2.499

答え

t = 2.499

df = 11 のとき、両側 5% の臨界値は 2.201 です。|t| の方が大きいので、H₀ は棄却されます。

12.仮説検定と信頼区間

答え: n = 664

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 = (2.576·5/0.5)² = 663.6

切り上げる

n = 664

答え

n = 664
13.線形回帰と相関

答え: r² = 0.9894

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 = 42/6 = 7
ȳ = 127/6 = 21.17

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 211
Syy = Σ(y − ȳ)² = 642.8

決定係数

r² = 211²/(70·642.8) = 0.9894

答え

r² = 0.9894

y の変動の約 98.94% が直線で説明されます。

14.線形回帰と相関

答え: e = −4.167

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 = 127/6 = 21.17

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −30.5

回帰直線

b = −30.5/17.5 = −1.743
a = 21.17 − (−1.743)·3.5 = 27.27
ŷ = 27.27 − 1.743·x

予測値

ŷ = 27.27 + (−1.743)·3.5 = 21.17

残差

e = 17 − 21.17 = −4.167

答え

e = −4.167

点は直線より下にあります。

15.カイ二乗検定

答え: χ² = 13.49

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

学生: 60·48/160 = 18, 60·48/160 = 18, 60·64/160 = 24
職員: 100·48/160 = 30, 100·48/160 = 30, 100·64/160 = 40

カイ二乗統計量

χ² = (13 − 18)²/18 + (12 − 18)²/18 + (35 − 24)²/24 + (35 − 30)²/30 + (36 − 30)²/30 + (29 − 40)²/40
χ² = 13.49

答え

χ² = 13.49

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 = 6

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 = 8 − 1 − 1 = 6

答え

df = 6

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