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

データが順序尺度か明らかに正規でないとき、2 つの独立した群を比べる検定はどれですか?

  1. Aウィルコクソンの符号順位検定
  2. Bマン・ホイットニーの U 検定
  3. Cカイ二乗検定
  4. D対応のない t 検定
2.心理学研究法むずかしい

解釈的現象学的分析(IPA)の主な目的は何ですか?

  1. A大きな標本で因果仮説を検証すること
  2. B個人が自分自身の生きられた経験をどのように意味づけているかを探ること
  3. Cテキスト中の単語の頻度を数えること
  4. D反応時間を正確に測ること
3.記述統計ふつう
101520253035404550

データの標本標準偏差 s を求めなさい:13, 45, 50, 34, 10, 10, 37。

n = 7
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

試験の点数は平均 60、標準偏差 8 の正規分布に従います。52 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 60σ = 8x = 52
z =
5.確率ふつう
赤: 7青: 6

袋に赤玉 7 個と青玉 6 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 / 6
P =
6.確率むずかしい
xp(x)10.220.1530.1540.3550.15μ

X は示された分布をもち、Y = 3X + 5 です。Y の標準偏差 σY を求めなさい。

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0.2, 0.15, 0.15, 0.35, 0.15Y = 3X + 5
σY =
7.正規分布ふつう
680 kg713.9 kgT = X₁ + … + X₈?

荷物を持つ乗客 の質量は互いに独立で、平均 85 kg、標準偏差 12 kg の正規分布に従います。そのうち 8 個の合計質量が 713.9 kg を下回る確率 P を求めなさい。z は小数第 2 位に丸めなさい。

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 8< 713.9 kg
P =
8.正規分布むずかしい
10 cm0X − Y?

ある集団の男性の身長 X と女性の身長 Y は独立な正規変数です:X は平均 180 cm、標準偏差 10 cm、Y は平均 170 cm、標準偏差 12 cm です。X が Y より大きい確率 P を求めなさい。z は小数第 2 位に丸めなさい。

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.信頼区間ふつう
n = 20, sd​ = 3.80L = ?Ud̄ = 7.1E90%

20 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 7.1、標準偏差は 3.8 です。 差の平均の 90% 信頼区間の下限を求めなさい。

n = 20d̄ = 7.1sd = 3.890%t(19) = 1.729
下限 = mmHg
10.信頼区間むずかしい
p = 0.5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.02599%

不良品の割合について事前には何もわかっていません。 割合の 99% 信頼区間の誤差の幅を 0.025 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 = 0.5E = 0.02599%
n =
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−2.0862.086t = ?df = 20

2 つの指導法を比べます。グループ 1:8 人の学生、平均点 20.5、標準偏差 10.5。グループ 2:14 人の学生、平均点 32.7、標準偏差 6.5。母分散が等しいと仮定し、プールした 2 標本 t 検定を使います。差を x̄₁ − x̄₂(グループ 1 − グループ 2)として、H₀: μ₁ = μ₂ の検定統計量 t を求めなさい。

n₁ = 8x̄₁ = 20.5s₁ = 10.5n₂ = 14x̄₂ = 32.7s₂ = 6.5
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
z −1.9601.96

81 回の測定の標本平均は 120.7 です。母標準偏差は 4 です。平均の 95% 信頼区間の上限 U を求めなさい。

x̄ = 120.7σ = 4n = 8195%
U =
13.線形回帰と相関ふつう
xy367468571681780887xy4687080

表は x = 勉強時間 と y = 試験の得点 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 = 33Σy = 454Σx² = 199Σy² = 34684Σxy = 2570
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy14511666186920742294xy15206080ŷ = 66

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。 直線が ŷ = 66 と予測するのは、どの値 x のときですか?

n = 5ŷ = 66
x =
15.カイ二乗検定ふつう
バス自転車車合計学生10382270職員28262175合計386443145

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、バス」の期待度数 E を求めなさい。

行の合計 = 70列の合計 = 38N = 145
E =
16.カイ二乗検定むずかしい

2 行 6 列(合計を除く)の分割表について、カイ二乗独立性検定を行います。 この検定の自由度 df はいくつですか?

2 × 6
df =

3溶液

1.心理学研究法

答え: B · マン・ホイットニーの U 検定

これが答えになる理由

マン・ホイットニーの U 検定は、関連のない 2 群の間で順位を比べます。ウィルコクソンの符号順位検定は対応のある標本に使います。

答え

B · マン・ホイットニーの U 検定
2.心理学研究法

答え: B · 個人が自分自身の生きられた経験をどのように意味づけているかを探ること

これが答えになる理由

IPA は小さく均質な標本を深く研究し、参加者が重要な経験をどう解釈しているかを、研究者がその意味づけを解釈しながら検討します。

答え

B · 個人が自分自身の生きられた経験をどのように意味づけているかを探ること
3.記述統計

答え: s = 17.14

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 = 199/7 = 28.43

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = (−15.43)² + 16.57² + 21.57² + 5.571² + (−18.43)² + (−18.43)² + 8.571² = 1762

標準偏差

s = √(1762/6) = 17.14

答え

s = 17.14
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 = (52 − 60)/8 = −1

答え

z = −1
5.確率

答え: P = 0.2692

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 = 7/13 · 6/12 = 42/156 = 0.2692

答え

P = 0.2692
6.確率

答え: σY = 4.124

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。

X のばらつき

μ = 3.1, Var(X) = 1.89, σX = 1.375

一次変換

σY = |3|·1.375 = 4.124

答え

σY = 4.124

平均は変化します:E(Y) = 3·3.1 + 5 = 14.3。

7.正規分布

答え: P = 0.8413

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。

合計の分布

μT = 680 kg, σT = 12·√8 = 33.94 kg

標準化する

z = (713.9 − 680)/33.94 = 1

確率

P = Φ(1) = 0.8413

答え

P = 0.8413
8.正規分布

答え: P = 0.7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15.62 cm

標準化する

z = (0 − 10)/15.62 = −0.64

確率

P = 1 − Φ(−0.64) = 0.7389

答え

P = 0.7389
9.信頼区間

答え: 下限 = 5.631 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 = 19, t = 1.729

誤差の幅

E = 1.729·3.8/√20 = 1.469

区間

7.1 ± 1.469 → [5.631, 8.569]

答え

下限 = 5.631 mmHg
10.信頼区間

答え: n = 2655

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 = 2.576²·0.5·0.5/0.025² = 2654

切り上げる

n = 2655

答え

n = 2655
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = −3.387

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.

プールした分散

sp² = (7·10.5² + 13·6.5²)/20 = 66.05
sp = 8.127

標準誤差

SE = 8.127·√(1/8 + 1/14) = 3.602

検定統計量

t = (20.5 − 32.7)/3.602 = −3.387

答え

t = −3.387

df = 20 のとき、両側 5% の臨界値は 2.086 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: U = 121.6

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。

誤差の幅

E = 1.96·4/√81 = 0.8711

区間の端

U = 120.7 + 0.8711 = 121.6

答え

U = 121.6
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9587

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 = 2570 − 33·454/6 = 73
Sxx = 199 − 33²/6 = 17.5
Syy = 34684 − 454²/6 = 331.3

相関係数

r = 73/√(17.5·331.3) = 0.9587

答え

r = 0.9587
14.線形回帰と相関

答え: x = 16.98

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 = 90/5 = 18
ȳ = 354/5 = 70.8

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 188

回帰直線

b = 188/40 = 4.7
a = 70.8 − 4.7·18 = −13.8
ŷ = −13.8 + 4.7·x

x について解く

x = (66 − (−13.8))/4.7 = 16.98

答え

x = 16.98
15.カイ二乗検定

答え: E = 18.34

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 = 70·38/145 = 18.34

答え

E = 18.34
16.カイ二乗検定

答え: df = 5

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 = (2 − 1)·(6 − 1) = 5

答え

df = 5

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