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

各条件に異なる参加者を用いるデザインはどれですか?

  1. A独立群デザイン
  2. B反復測定デザイン
  3. C参加者内デザイン
  4. D同じ人によるマッチド・ペア・デザイン
2.心理学研究法むずかしい

質的研究における再帰性(リフレクシビティ)とは、研究者が何をすることですか?

  1. A自分自身の背景や前提が分析をどう形づくりうるかを省察する
  2. B信頼性を確認するために研究を繰り返す
  3. Cテーマを数値データに変換する
  4. Dバイアスを除くために無作為標本を使う
3.記述統計ふつう
1520253035404550

データの標本標準偏差 s を求めなさい:11, 53, 13, 18, 30。

n = 5
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

試験の点数は平均 500、標準偏差 50 の正規分布に従います。562.5 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 500σ = 50x = 562.5
z =
5.確率ふつう
xp(x)00.3520.2540.3560.05μ = 2.2

示された分布について、X の標準偏差 σ を求めなさい。

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.35, 0.25, 0.35, 0.05
σ =
6.確率むずかしい
€p(x)−10.6520.3190.05

ゲームの参加費は €1 です。確率 0.3 で €3、確率 0.05 で €20 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 = €1€3: p = 0.3€20: p = 0.05
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 = 0.8969

標準正規曲線の下で、−z から z の間の色つき面積が 0.8969 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 = 0.8969
z =
8.正規分布むずかしい
0.02 mm0D − d?

穴の直径 D は平均 25.02 mm、標準偏差 0.01 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 0.01 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 = 25.02 mm, σ = 0.01 mm軸: μ = 25 mm, σ = 0.01 mm
P =
9.信頼区間ふつう
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

2 つの機種のスマートフォンの電池持続時間を比べます。機種 1:30 台、平均 78.5 h、既知の標準偏差 19 h。機種 2:50 台、平均 85 h、既知の標準偏差 3 h。 μ₁ − μ₂ の 90% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n₁ = 30x̄₁ = 78.5 hσ₁ = 19 hn₂ = 50x̄₂ = 85 hσ₂ = 3 h90%
E = h
10.信頼区間むずかしい
μ₁ − μ₂, t(19) = 1.7290L = ?Ux̄₁ − x̄₂E90%

2 種類の肥料を試験します。区画群 1:7 区画、平均収量 14 kg、標準偏差 4.5 kg。区画群 2:14 区画、平均 21.5 kg、標準偏差 1.5 kg。等分散を仮定します(プールした t、df = n₁ + n₂ − 2)。 μ₁ − μ₂ の 90% 信頼区間の下限を求めなさい。

n₁ = 7x̄₁ = 14s₁ = 4.5n₂ = 14x̄₂ = 21.5s₂ = 1.590%t(19) = 1.729
下限 = kg
11.仮説検定と信頼区間ふつう
t −2.0302.03

学生 36 人の標本の平均点は 94、標本標準偏差は 20 です。H₀: μ = 100 に対する検定統計量 t を求めなさい。

μ₀ = 100x̄ = 94s = 20n = 36
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
σ = 5, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1.595%

平均の 95% 信頼区間の誤差の幅を 1.5 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 = 1.595%
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy284186268301036xy510102030

表は x = 荷重 (kN) と y = 伸び (mm) 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
xy34755776496911701381xy5106080x = 12

表は x = 広告費(k€) と y = 売上高(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 (12, 72) が得られました。その残差 e = y − ŷ を求めなさい。

n = 6(12, 72)
e =
15.カイ二乗検定ふつう
咳あり咳なし合計喫煙者4951100非喫煙者5070120合計99121220

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 = 2202 × 2
χ² =
16.カイ二乗検定むずかしい

カイ二乗適合度検定で、6 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 = 6
df =

3溶液

1.心理学研究法

答え: A · 独立群デザイン

これが答えになる理由

独立群デザインでは各条件の参加者が異なるため、順序効果は避けられますが、参加者変数の影響のおそれがあります。

答え

A · 独立群デザイン
2.心理学研究法

答え: A · 自分自身の背景や前提が分析をどう形づくりうるかを省察する

これが答えになる理由

再帰性は、データ収集と解釈に対する研究者の影響を認めるもので、質的研究の重要な質の基準です。

答え

A · 自分自身の背景や前提が分析をどう形づくりうるかを省察する
3.記述統計

答え: s = 17.31

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 = 125/5 = 25

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = (−14)² + 28² + (−12)² + (−7)² + 5² = 1198

標準偏差

s = √(1198/4) = 17.31

答え

s = 17.31
4.記述統計

答え: z = 1.25

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 = (562.5 − 500)/50 = 1.25

答え

z = 1.25
5.確率

答え: σ = 1.887

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 + 2·0.25 + 4·0.35 + 6·0.05 = 2.2

2 乗の平均

E(X²) = 0·0.35 + 4·0.25 + 16·0.35 + 36·0.05 = 8.4

分散

Var(X) = 8.4 − 2.2² = 3.56
σ = √3.56 = 1.887

答え

σ = 1.887
6.確率

答え: E(G) = 0.9 €

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: 2 (p = 0.3), 19 (p = 0.05), −1 (p = 0.65)

期待値

E(G) = 2·0.3 + 19·0.05 − 1·0.65 = 0.9 €

答え

E(G) = 0.9 €

正の値は、平均して得をすることを意味します。

7.正規分布

答え: z = 1.63

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 + 0.8969)/2 = 0.9484

z 表を逆に読む

表の中で 0.9484 を見つけ、z を読み取ります。

z = 1.63

答え

z = 1.63
8.正規分布

答え: P = 0.9207

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 = 25.02 − 25 = 0.02 mm, σ = 0.01414 mm

標準化する

z = (0 − 0.02)/0.01414 = −1.41

確率

P = 1 − Φ(−1.41) = 0.9207

答え

P = 0.9207
9.信頼区間

答え: E = 5.749 h

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.

点推定値

x̄₁ − x̄₂ = 78.5 − 85 = −6.5

標準誤差

SE = √(19²/30 + 3²/50) = 3.495

誤差の幅

E = 1.645·3.495 = 5.749

答え

E = 5.749 h

区間は 0 を含まないので、平均には有意な差があります。

10.信頼区間

答え: 下限 = −9.754 kg

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.

プールした標準偏差

sp² = (6·4.5² + 13·1.5²)/19 = 7.934
sp = 2.817

誤差の幅

E = 1.729·2.817·√(1/7 + 1/14) = 2.254

区間

−7.5 ± 2.254 → [−9.754, −5.246]

答え

下限 = −9.754 kg
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = −1.8

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 = 20/√36 = 20/6 = 3.333

検定統計量

t = (94 − 100)/3.333 = −1.8

答え

t = −1.8
t0.025; df = 35 = 2.03

|t| < 2.03 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されません。

12.仮説検定と信頼区間

答え: n = 43

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 = (1.96·5/1.5)² = 42.68

切り上げる

n = 43

答え

n = 43
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9864

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 = 118/5 = 23.6

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 136
Syy = Σ(y − ȳ)² = 475.2

相関係数

r = 136/√(40·475.2) = 0.9864

答え

r = 0.9864
14.線形回帰と相関

答え: e = −4.895

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 = 48/6 = 8
ȳ = 388/6 = 64.67

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 214

回帰直線

b = 214/70 = 3.057
a = 64.67 − 3.057·8 = 40.21
ŷ = 40.21 + 3.057·x

予測値

ŷ = 40.21 + 3.057·12 = 76.9

残差

e = 72 − 76.9 = −4.895

答え

e = −4.895

点は直線より下にあります。

15.カイ二乗検定

答え: χ² = 1.185

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

喫煙者: 100·99/220 = 45, 100·121/220 = 55
非喫煙者: 120·99/220 = 54, 120·121/220 = 66

カイ二乗統計量

χ² = (49 − 45)²/45 + (51 − 55)²/55 + (50 − 54)²/54 + (70 − 66)²/66
χ² = 1.185

答え

χ² = 1.185

df = 1。α = 0.05 での臨界値は 3.841 なので、H₀(独立)は棄却されない。

16.カイ二乗検定

答え: df = 4

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 = 6 − 1 − 1 = 4

答え

df = 4

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