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。

新しい問題科目に戻る

印刷ウィンドウで「PDF として保存」を選ぶと、コピーを端末に保存できます。

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

ある相関で r = 0.40 です。一方の変数の分散のうち、もう一方と共有される割合はどれだけですか?

  1. A40%
  2. B60%
  3. C4%
  4. D16%
2.心理学研究法むずかしい

研究者が悲しい映画を見せて気分を操作し、主課題の前にどれだけ悲しいと感じるかを参加者に評定してもらいます。この評定を含めるのはなぜですか?

  1. A条件の順序をカウンターバランスするため
  2. B研究の主な従属変数として
  3. C参加者に目的をデブリーフィングするため
  4. D独立変数が意図どおりに働いたことを確かめる操作チェックとして
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, 60, 28, 58, 15, 11。

n = 6
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

ある量は平均 60、標準偏差 8 の正規分布に従います。48 より大きい値の割合 P はいくつですか?

μ = 60σ = 8x = 48
P =
5.確率ふつう
xp(x)100.15200.3300.2400.35μ = 27.5

示された分布について、X の分散 Var(X) を求めなさい。

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0.15, 0.3, 0.2, 0.35
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
640 g647.2 gT = X₁ + … + X₁₆?

ボルト の質量は互いに独立で、平均 40 g、標準偏差 1.2 g の正規分布に従います。そのうち 16 個の合計質量が 647.2 g 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 = 40 gσ = 1.2 gn = 16< 647.2 g
P =
8.正規分布むずかしい
235240245250255260265g上端 20%

袋の重さ は、平均 250 g、標準偏差 5 g の正規分布に従います。色つきの上位 20% が右側になるように、しきい値をドラッグします。しきい値 x を求めなさい。

μ = 250 gσ = 5 g20%
x = g
9.信頼区間ふつう
n = 9, sd​ = 5.60LUd̄ = 9.7E = ?90%

9 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 9.7、標準偏差は 5.6 です。 差の平均の 90% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n = 9d̄ = 9.7sd = 5.690%t(8) = 1.86
E = mmHg
10.信頼区間むずかしい
μ₁ − μ₂, t(19) = 1.7290LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

2 種類の肥料を試験します。区画群 1:16 区画、平均収量 54.5 kg、標準偏差 4.5 kg。区画群 2:5 区画、平均 56 kg、標準偏差 8 kg。等分散を仮定します(プールした t、df = n₁ + n₂ − 2)。 μ₁ − μ₂ の 90% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n₁ = 16x̄₁ = 54.5s₁ = 4.5n₂ = 5x̄₂ = 56s₂ = 890%t(19) = 1.729
E = kg
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−2.2282.228t = ?df = 10

11 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 6.11、差の標準偏差は 7.5 です。H₀: μd = 0 の対応のある検定統計量 t を求めなさい。

n = 11d̄ = 6.11sd = 7.5
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
z −2.57602.576

25 回の測定の標本平均は 201.7 です。母標準偏差は 12 です。平均の 99% 信頼区間の下限 L を求めなさい。

x̄ = 201.7σ = 12n = 2599%
L =
13.線形回帰と相関ふつう
xy369473575686790893xy468708090

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 = 486Σx² = 199Σy² = 39860Σxy = 2764
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy123220319417519xy24182022x = 2.5

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。 最小二乗直線 ŷ = a + b·x を用います。 x = 2.5 のときの ŷ を予測しなさい。

n = 5x = 2.5
ŷ =
15.カイ二乗検定ふつう
咳あり咳なし合計喫煙者231740非喫煙者7525100合計9842140

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 = 1402 × 2
χ² =
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、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。 表を使って、有意水準 α = 0.05 での臨界値 χ²crit を求めなさい。

α = 0.05
χ²crit =

3溶液

1.心理学研究法

答え: D · 16%

これが答えになる理由

決定係数は r² で、ここでは 0.40² = 0.16 なので、分散の 16% が共有されています。

答え

D · 16%
2.心理学研究法

答え: D · 独立変数が意図どおりに働いたことを確かめる操作チェックとして

これが答えになる理由

操作チェックは、独立変数が意図した心理状態を生み出したことを確認します。それがないと、帰無結果は操作が失敗したことを意味しているかもしれません。

答え

D · 独立変数が意図どおりに働いたことを確かめる操作チェックとして
3.記述統計

答え: s = 21.4

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 = 218/6 = 36.33

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 9.667² + 23.67² + (−8.333)² + 21.67² + (−21.33)² + (−25.33)² = 2289

標準偏差

s = √(2289/5) = 21.4

答え

s = 21.4
4.記述統計

答え: P = 0.9332

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) = 0.06681
P = 1 − 0.06681 = 0.9332

答え

P = 0.9332
5.確率

答え: Var(X) = 118.8

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 = 10·0.15 + 20·0.3 + 30·0.2 + 40·0.35 = 27.5

2 乗の平均

E(X²) = 100·0.15 + 400·0.3 + 900·0.2 + 1600·0.35 = 875

分散

Var(X) = 875 − 27.5² = 118.8

答え

Var(X) = 118.8
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: P = 0.9332

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 = 640 g, σT = 1.2·√16 = 4.8 g

標準化する

z = (647.2 − 640)/4.8 = 1.5

確率

P = Φ(1.5) = 0.9332

答え

P = 0.9332
8.正規分布

答え: x = 254.2 g

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) = 0.8

表からの z

z ≈ 0.84

元の単位に戻す

x = 250 + 0.84·5 = 254.2 g

答え

x = 254.2 g
9.信頼区間

答え: E = 3.472 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 = 8, t = 1.86

誤差の幅

E = 1.86·5.6/√9 = 3.472

答え

E = 3.472 mmHg
10.信頼区間

答え: E = 4.808 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 = (15·4.5² + 4·8²)/19 = 29.46
sp = 5.428

誤差の幅

E = 1.729·5.428·√(1/16 + 1/5) = 4.808

答え

E = 4.808 kg
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = 2.702

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 = 7.5/√11 = 2.261

検定統計量

t = 6.11/2.261 = 2.702

答え

t = 2.702

df = 10 のとき、両側 5% の臨界値は 2.228 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: L = 195.5

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 = 2.576·12/√25 = 6.182

区間の端

L = 201.7 − 6.182 = 195.5

答え

L = 195.5
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9787

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 = 2764 − 33·486/6 = 91
Sxx = 199 − 33²/6 = 17.5
Syy = 39860 − 486²/6 = 494

相関係数

r = 91/√(17.5·494) = 0.9787

答え

r = 0.9787
14.線形回帰と相関

答え: ŷ = 20.15

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 = 15/5 = 3
ȳ = 98/5 = 19.6

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −11

回帰直線

b = −11/10 = −1.1
a = 19.6 − (−1.1)·3 = 22.9
ŷ = 22.9 − 1.1·x

予測

ŷ = 22.9 + (−1.1)·2.5 = 20.15

答え

ŷ = 20.15
15.カイ二乗検定

答え: χ² = 4.167

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: 40·98/140 = 28, 40·42/140 = 12
非喫煙者: 100·98/140 = 70, 100·42/140 = 30

カイ二乗統計量

χ² = (23 − 28)²/28 + (17 − 12)²/12 + (75 − 70)²/70 + (25 − 30)²/30
χ² = 4.167

答え

χ² = 4.167

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

16.カイ二乗検定

答え: χ²crit = 12.59

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

表

χ²crit(df = 6, α = 0.05) = 12.592

答え

χ²crit = 12.592

計算した χ² がこの値より大きければ H₀ を棄却します。

ExamProblems · examproblems.com/courses/research-methods-psychology