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検定の統計的な前提条件
  3. C標本の特徴
  4. D研究を始める前に倫理委員会が課す正式な要求
2.心理学研究法むずかしい

研究者は、新しい不安尺度がうつとは異なるものを測っていることを示したいと考えています。うつ尺度との相関が低ければ、何が支持されますか?

  1. A収束的妥当性
  2. B弁別的妥当性
  3. C予測的妥当性
  4. D表面的妥当性
3.記述統計ふつう
202530354045505560

データの標本標準偏差 s を求めなさい:20, 21, 60, 55, 25。

n = 5
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

ある量は平均 50、標準偏差 8 の正規分布に従います。34 より小さい値の割合 P はいくつですか?

μ = 50σ = 8x = 34
P =
5.確率ふつう
xp(x)00.3510.3520.3μ = 0.95

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, 1, 2p(x): 0.35, 0.35, 0.3
σ =
6.確率むずかしい
n = 8, p = 0.4: P(X ≤ 1) = ?k012345678

部品を 8 個試験し、各部品は独立に確率 0.4 で故障します。故障が多くとも 1 個である確率 P はいくつですか?

n = 8p = 0.4
P =
7.正規分布ふつう
−3−2−10123zz の右側の色つき面積 = 0.2236

標準正規曲線の下で、z の右側の色つき面積が 0.2236 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 = 0.2236
z =
8.正規分布むずかしい
557085100115130145点下端 85%

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。色つきの下位 85% が左側になるように、しきい値をドラッグします。しきい値 x を求めなさい。

μ = 100 点σ = 15 点85%
x = 点
9.信頼区間ふつう
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

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 125.5 h、既知の標準偏差 11 h。機種 2:100 台、平均 121.5 h、既知の標準偏差 11 h。 μ₁ − μ₂ の 95% 信頼区間の下限を求めなさい。

n₁ = 30x̄₁ = 125.5 hσ₁ = 11 hn₂ = 100x̄₂ = 121.5 hσ₂ = 11 h95%
下限 = h
10.信頼区間むずかしい
μ₁ − μ₂, t(20) = 1.7250L = ?Ux̄₁ − x̄₂E90%

2 種類の肥料を試験します。区画群 1:5 区画、平均収量 88 kg、標準偏差 1 kg。区画群 2:17 区画、平均 100 kg、標準偏差 3.5 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 = 5x̄₁ = 88s₁ = 1n₂ = 17x̄₂ = 100s₂ = 3.590%t(20) = 1.725
下限 = kg
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−2.4472.447t = ?df = 6

7 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 4.17、差の標準偏差は 5.8 です。H₀: μd = 0 の対応のある検定統計量 t を求めなさい。

n = 7d̄ = 4.17sd = 5.8
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
z −1.9601.96

25 回の測定の標本平均は 45 です。母標準偏差は 10 です。平均の 95% 信頼区間の下限 L を求めなさい。

x̄ = 45σ = 10n = 2595%
L =
13.線形回帰と相関ふつう
xy125221320419516xy242025

表は x = 車の年数(年) と y = 価格(k€) の 5 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 = 5Σx = 15Σy = 101Σx² = 55Σy² = 2083Σxy = 283
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy2941762082810371243xy5102040x = 9

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 ŷ = a + b·x を用います。 x = 9 のときの ŷ を予測しなさい。

n = 6x = 9
ŷ =
15.カイ二乗検定ふつう
バス自転車車合計学生8411867職員27401582合計358133149

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 = 67列の合計 = 35N = 149
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、7 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: 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: B · 弁別的妥当性

これが答えになる理由

弁別的(発散的)妥当性は、測定が異なる構成概念の測定と弱く相関するときに示されます。収束的妥当性は、同じ構成概念の測定と高く相関することです。

答え

B · 弁別的妥当性
3.記述統計

答え: s = 19.61

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 = 181/5 = 36.2

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = (−16.2)² + (−15.2)² + 23.8² + 18.8² + (−11.2)² = 1539

標準偏差

s = √(1539/4) = 19.61

答え

s = 19.61
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 = 0.8047

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 + 1·0.35 + 2·0.3 = 0.95

2 乗の平均

E(X²) = 0·0.35 + 1·0.35 + 4·0.3 = 1.55

分散

Var(X) = 1.55 − 0.95² = 0.6475
σ = √0.6475 = 0.8047

答え

σ = 0.8047
6.確率

答え: P = 0.1064

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。

故障 0 個と 1 個

P(X = 0) = 0.68 = 0.0168
P(X = 1) = 8·0.4·0.67 = 0.08958

足し合わせる

P = 0.0168 + 0.08958 = 0.1064

答え

P = 0.1064
7.正規分布

答え: z = 0.76

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 − 0.2236 = 0.7764

z 表を逆に読む

表の中で 0.7764 を見つけ、z を読み取ります。

z = 0.76

答え

z = 0.76
8.正規分布

答え: x = 115.6 点

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。

左側の面積

Φ(z) = 0.85

表からの z

z ≈ 1.04

元の単位に戻す

x = 100 + 1.04·15 = 115.6 点

答え

x = 115.6 点
9.信頼区間

答え: 下限 = −0.4881 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 = 125.5 − 121.5 = 4

標準誤差

SE = √(11²/30 + 11²/100) = 2.29

誤差の幅

E = 1.96·2.29 = 4.488

区間

4 ± 4.488 → [−0.4881, 8.488]

答え

下限 = −0.4881 h

区間は 0 を含むので、データは有意な差を示していません。

10.信頼区間

答え: 下限 = −14.78 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 = (4·1² + 16·3.5²)/20 = 10
sp = 3.162

誤差の幅

E = 1.725·3.162·√(1/5 + 1/17) = 2.775

区間

−12 ± 2.775 → [−14.78, −9.225]

答え

下限 = −14.78 kg
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = 1.902

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 = 5.8/√7 = 2.192

検定統計量

t = 4.17/2.192 = 1.902

答え

t = 1.902

df = 6 のとき、両側 5% の臨界値は 2.447 です。|t| の方が小さいので、H₀ は棄却されません。

12.仮説検定と信頼区間

答え: L = 41.08

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 = 1.96·10/√25 = 3.92

区間の端

L = 45 − 3.92 = 41.08

答え

L = 41.08
13.線形回帰と相関

答え: r = −0.9667

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 = 283 − 15·101/5 = −20
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 2083 − 101²/5 = 42.8

相関係数

r = −20/√(10·42.8) = −0.9667

答え

r = −0.9667
14.線形回帰と相関

答え: ŷ = 32.47

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 = 154/6 = 25.67

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 238

回帰直線

b = 238/70 = 3.4
a = 25.67 − 3.4·7 = 1.867
ŷ = 1.867 + 3.4·x

予測

ŷ = 1.867 + 3.4·9 = 32.47

答え

ŷ = 32.47
15.カイ二乗検定

答え: E = 15.74

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 = 67·35/149 = 15.74

答え

E = 15.74
16.カイ二乗検定

答え: χ²crit = 16.81

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 = 7 − 1 = 6

表

χ²crit(df = 6, α = 0.01) = 16.812

答え

χ²crit = 16.812

計算した χ² がこの値より大きければ H₀ を棄却します。

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