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

要求特性とは何ですか?

  1. A参加者に目的を推測させ、行動を変えさせる手がかり
  2. B研究を始める前に倫理委員会が課す正式な要求
  3. C検定の統計的な前提条件
  4. D標本の特徴
2.心理学研究法むずかしい

研究者が 5 つの t 検定を行い、ボンフェローニ補正で全体の第 1 種の過誤率を 0.05 に保ちたいと考えています。各検定ではどの有意水準を使うべきですか?

  1. A0.025
  2. B0.05
  3. C0.01
  4. D0.25
3.記述統計ふつう
15202530354045505560

データの標本標準偏差 s を求めなさい:46, 41, 33, 15, 14, 60。

n = 6
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

ある量は平均 70、標準偏差 15 の正規分布に従います。52 より小さい値の割合 P はいくつですか?

μ = 70σ = 15x = 52
P =
5.確率ふつう
xp(x)00.3520.340.160.25μ = 2.5

示された分布について、X の分散 Var(X) を求めなさい。

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.35, 0.3, 0.1, 0.25
Var(X) =
6.確率むずかしい
n = 6, p = 0.4: P(X = 3) = ?k0123456

あるテストには選択問題が 6 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 0.4 で正解します。ちょうど 3 問正解する確率 P はいくつですか?

n = 6p = 0.4k = 3
P =
7.正規分布ふつう
−3−2−10123zz の右側の色つき面積 = 0.9850

標準正規曲線の下で、z の右側の色つき面積が 0.9850 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 = 0.9850
z =
8.正規分布むずかしい
μ = 100x = ?75%

IQ スコアは、平均 100 点、標準偏差 15 点 の正規分布に従います。全体の 75% がそれより下にある値 x(第 75 パーセンタイル)を求めなさい。

μ = 100σ = 15P = 75%
x = 点
9.信頼区間ふつう
x̄E₁ = 8.299%, n = 50x̄E₂ = ?95%, n = 200

σ が既知のもとで 50 個の観測値に基づく平均の 99% 信頼区間の誤差の幅は 8.2 です。 200 個の観測値に基づく 95% 区間の誤差の幅 E₂ はいくらですか?

99%n₁ = 50E₁ = 8.295%n₂ = 200
E₂ =
10.信頼区間むずかしい
p ≈ 0.4, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.02595%

予備調査によると、製品の約 0.4 が不良品です。 割合の 95% 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 ≈ 0.4E = 0.02595%
n =
11.仮説検定と信頼区間ふつう
t −1.99801.998

学生 64 人の標本の平均点は 497.4、標本標準偏差は 8 です。H₀: μ = 500 に対する検定統計量 t を求めなさい。

μ₀ = 500x̄ = 497.4s = 8n = 64
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
z −1.9601.96

100 回の測定の標本平均は 54 です。母標準偏差は 15 です。平均の 95% 信頼区間の上限 U を求めなさい。

x̄ = 54σ = 15n = 10095%
U =
13.線形回帰と相関ふつう
xy26147268489110107xy5106080100

表は x = 勉強時間 と y = 試験の得点 の 5 組の対になった観測値を示しています。 ピアソンの相関係数 r を求めなさい。

n = 5
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy3535637749771181xy510607080x = 6

表は x = 勉強時間 と y = 試験の得点 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。 新しい観測値 (6, 63) が得られました。その残差 e = y − ŷ を求めなさい。

n = 5(6, 63)
e =
15.カイ二乗検定ふつう
バス自転車車合計学生165034100職員244036100合計409070200

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

3 行 5 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?

3 × 5
df =

3溶液

1.心理学研究法

答え: A · 参加者に目的を推測させ、行動を変えさせる手がかり

これが答えになる理由

参加者が仮説を見抜くと、それを支持したり妨げたりするように行動し、妥当性が脅かされます。デセプションや盲検法によってこれを減らせます。

答え

A · 参加者に目的を推測させ、行動を変えさせる手がかり
2.心理学研究法

答え: C · 0.01

これが答えになる理由

ボンフェローニ補正は α を比較の数で割ります:0.05 / 5 = 0.01。単純ですが保守的で、第 2 種の過誤のリスクを高めます。

答え

C · 0.01
3.記述統計

答え: s = 18.04

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 = 209/6 = 34.83

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 11.17² + 6.167² + (−1.833)² + (−19.83)² + (−20.83)² + 25.17² = 1627

標準偏差

s = √(1627/5) = 18.04

答え

s = 18.04
4.記述統計

答え: P = 0.1151

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 = −1.2

標準正規分布表

Φ(−1.2) = 0.1151
P = 0.1151

答え

P = 0.1151
5.確率

答え: Var(X) = 5.55

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 = 0·0.35 + 2·0.3 + 4·0.1 + 6·0.25 = 2.5

2 乗の平均

E(X²) = 0·0.35 + 4·0.3 + 16·0.1 + 36·0.25 = 11.8

分散

Var(X) = 11.8 − 2.5² = 5.55

答え

Var(X) = 5.55
6.確率

答え: P = 0.2765

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 = 3) = 20·0.43·0.63 = 20·0.064·0.216 = 0.2765

答え

P = 0.2765
7.正規分布

答え: z = −2.17

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 − 0.9850 = 0.0150

z 表を逆に読む

表の中で 0.0150 を見つけ、z を読み取ります。

z = −2.17

答え

z = −2.17
8.正規分布

答え: x = 110.1 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) = 0.75 → z = 0.6745

x に戻す

x = 100 + 0.6745·15 = 110.12 点

答え

x = 110.12 点
9.信頼区間

答え: E₂ = 3.12

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)·√(50/200) = 0.3804

新しい誤差の幅

E₂ = 8.2·0.3804 = 3.12

答え

E₂ = 3.12
10.信頼区間

答え: n = 1476

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 = 1.96²·0.4·0.6/0.025² = 1475

切り上げる

n = 1476

答え

n = 1476
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = −2.6

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。

標準誤差

SE = 8/√64 = 8/8 = 1

検定統計量

t = (497.4 − 500)/1 = −2.6

答え

t = −2.6
t0.025; df = 63 = 1.998

|t| > 1.998 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: U = 56.94

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 = 1.96·15/√100 = 2.94

区間の端

U = 54 + 2.94 = 56.94

答え

U = 56.94
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9944

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 = 30/5 = 6
ȳ = 415/5 = 83

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 222
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1246

相関係数

r = 222/√(40·1246) = 0.9944

答え

r = 0.9944
14.線形回帰と相関

答え: e = −3.1

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 = 35/5 = 7
ȳ = 348/5 = 69.6

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 140

回帰直線

b = 140/40 = 3.5
a = 69.6 − 3.5·7 = 45.1
ŷ = 45.1 + 3.5·x

予測値

ŷ = 45.1 + 3.5·6 = 66.1

残差

e = 63 − 66.1 = −3.1

答え

e = −3.1

点は直線より下にあります。

15.カイ二乗検定

答え: χ² = 2.768

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: 100·40/200 = 20, 100·90/200 = 45, 100·70/200 = 35
職員: 100·40/200 = 20, 100·90/200 = 45, 100·70/200 = 35

カイ二乗統計量

χ² = (16 − 20)²/20 + (50 − 45)²/45 + (34 − 35)²/35 + (24 − 20)²/20 + (40 − 45)²/45 + (36 − 35)²/35
χ² = 2.768

答え

χ² = 2.768

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

16.カイ二乗検定

答え: df = 8

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)·(5 − 1) = 8

答え

df = 8

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