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

フィールド実験では、研究者は何をしますか?

  1. A他者が集めたデータを分析する
  2. B実験室で独立変数を操作する
  3. C現実世界の場面で独立変数を操作する
  4. D何も操作せずに観察だけをする
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信頼性を確認するために研究を繰り返す
  2. B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. Cバイアスを除くために無作為標本を使う
  4. Dテーマを数値データに変換する
3.記述統計ふつう
2025303540455055

データの標本標準偏差 s を求めなさい:19, 49, 36, 43, 32, 55, 17。

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 5 の正規分布に従います。55 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 60σ = 5x = 55
z =
5.確率ふつう
赤: 6青: 3

袋に赤玉 6 個と青玉 3 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?

6 / 3
P =
6.確率むずかしい
€p(x)−100.69400.31900.01

ゲームの参加費は €10 です。確率 0.3 で €50、確率 0.01 で €200 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 = €10€50: p = 0.3€200: p = 0.01
E(G) = €
7.正規分布ふつう
96 kg92.6 kgT = X₁ + … + X₈?

箱 の質量は互いに独立で、平均 12 kg、標準偏差 0.8 kg の正規分布に従います。そのうち 8 個の合計質量が 92.6 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 = 12 kgσ = 0.8 kgn = 8< 92.6 kg
P =
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 0.015 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 = 0.015 mm軸: μ = 25 mm, σ = 0.01 mm
P =
9.信頼区間ふつう
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E90%

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 1:50 台、平均 67 h、既知の標準偏差 13 h。機種 2:50 台、平均 69.5 h、既知の標準偏差 10 h。 μ₁ − μ₂ の 90% 信頼区間の下限を求めなさい。

n₁ = 50x̄₁ = 67 hσ₁ = 13 hn₂ = 50x̄₂ = 69.5 hσ₂ = 10 h90%
下限 = h
10.信頼区間むずかしい
n = 25Lσ = ?s = 3.495%

機械加工した 25 本の軸の直径の標本標準偏差は 3.4 µm です。直径が正規分布に従うと仮定して、母標準偏差の 95% 信頼区間の上限 σ を求めなさい。df = 24 のとき、χ² 分布の 2.5% は 12.401 より下に、2.5% は 39.364 より上にあります。

n = 25s = 3.4 µmχ² = 12.401, 39.364
σ = µm
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−1.5p = ?

ある母集団の平均は 80 であると主張されています。母標準偏差は 10 であることがわかっています。25 個の観測値からなる無作為標本の平均は 77 です。H₀: μ = 80 対 H₁: μ < 80 を検定します。p 値 p を求めなさい。

μ₀ = 80σ = 10n = 25x̄ = 77H₁: μ < μ₀
p =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
σ = 12, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 390%

平均の 90% 信頼区間の誤差の幅を 3 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 12 です。最小の標本サイズ n を求めなさい。

σ = 12E = 390%
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy1781198521100231052511327125xy202580100120

表は x = 気温 (°C) と y = アイスクリームの販売数 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 = 132Σy = 609Σx² = 2974Σy² = 63205Σxy = 13707
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy128223321417516xy242025x = 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。 新しい観測値 (2.5, 25) が得られました。その残差 e = y − ŷ を求めなさい。

n = 5(2.5, 25)
e =
15.カイ二乗検定ふつう
バス自転車車合計学生213762120職員273558120合計4872120240

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 = 2402 × 3
χ² =
16.カイ二乗検定むずかしい
合格不合格合計18~30 歳28326031~50 歳31296051 歳以上5149100合計110110220dfα = 0.05α = 0.0113.8416.63525.9919.21037.81511.34549.48813.277511.07015.086612.59216.812714.06718.475815.50720.090916.91921.6661018.30723.209

表は観測度数を示しています。2 つの変数が独立かどうかを α = 0.01 で検定しなさい(連続性の補正なし)。検定統計量 χ² を計算し、表の臨界値と比べなさい。

N = 2203 × 2α = 0.01
χ² =

3溶液

1.心理学研究法

答え: C · 現実世界の場面で独立変数を操作する

これが答えになる理由

路上で援助場面を仕組むようなフィールド実験は生態学的妥当性を高めますが、剰余変数の統制は弱くなり、同意の問題が生じます。

答え

C · 現実世界の場面で独立変数を操作する
2.心理学研究法

答え: B · 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

B · 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 = 14.4

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 = 251/7 = 35.86

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = (−16.86)² + 13.14² + 0.1429² + 7.143² + (−3.857)² + 19.14² + (−18.86)² = 1245

標準偏差

s = √(1245/6) = 14.4

答え

s = 14.4
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 = (55 − 60)/5 = −1

答え

z = −1
5.確率

答え: P = 0.4167

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 = 6/9 · 5/8 = 30/72 = 0.4167

答え

P = 0.4167
6.確率

答え: E(G) = 7 €

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: 40 (p = 0.3), 190 (p = 0.01), −10 (p = 0.69)

期待値

E(G) = 40·0.3 + 190·0.01 − 10·0.69 = 7 €

答え

E(G) = 7 €

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: P = 0.06681

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 = 96 kg, σT = 0.8·√8 = 2.263 kg

標準化する

z = (92.6 − 96)/2.263 = −1.5

確率

P = Φ(−1.5) = 0.06681

答え

P = 0.06681
8.正規分布

答え: P = 0.8665

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 = 0.01803 mm

標準化する

z = (0 − 0.02)/0.01803 = −1.11

確率

P = 1 − Φ(−1.11) = 0.8665

答え

P = 0.8665
9.信頼区間

答え: 下限 = −6.316 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 = 67 − 69.5 = −2.5

標準誤差

SE = √(13²/50 + 10²/50) = 2.319

誤差の幅

E = 1.645·2.319 = 3.816

区間

−2.5 ± 3.816 → [−6.316, 1.316]

答え

下限 = −6.316 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: σ = 4.73 µm

分散の区間:(n − 1)s²/σ² は自由度 n − 1 の χ² 分布に従います。σ² の 95% 区間は、(n − 1)s² を上側の χ² 値(その上に 2.5%)で割った値から、下側の χ² 値(その下に 2.5%)で割った値までです。σ の区間は両方の限界の平方根です。s に関して対称ではありません。

平方和

(n − 1)s² = 24·3.4² = 277.4

σ² の限界

277.4/39.364 = 7.048
277.4/12.401 = 22.37

σ の限界

σ = √22.37 = 4.73 µm

答え

σ = 4.73 µm

σ の 95% 区間:[2.655, 4.73] µm。

11.仮説検定と信頼区間

答え: p = 0.06681

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.

検定統計量

SE = σ/√n = 10/√25 = 2
z = (77 − 80)/2 = −1.5

裾の面積

Φ(1.5) = 0.9332
1 − Φ(1.5) = 0.0668

p 値

p = 0.06681

答え

p = 0.06681

p > 0.05 なので、有意水準 5% で H₀ は棄却されません。

12.仮説検定と信頼区間

答え: n = 44

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 = (1.645·12/3)² = 43.3

切り上げる

n = 44

答え

n = 44
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9901

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 = 13707 − 132·609/6 = 309
Sxx = 2974 − 132²/6 = 70
Syy = 63205 − 609²/6 = 1392

相関係数

r = 309/√(70·1392) = 0.9901

答え

r = 0.9901
14.線形回帰と相関

答え: e = 2.5

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 = 105/5 = 21

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −30

回帰直線

b = −30/10 = −3
a = 21 − (−3)·3 = 30
ŷ = 30 − 3·x

予測値

ŷ = 30 + (−3)·2.5 = 22.5

残差

e = 25 − 22.5 = 2.5

答え

e = 2.5

点は直線より上にあります。

15.カイ二乗検定

答え: χ² = 0.9389

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: 120·48/240 = 24, 120·72/240 = 36, 120·120/240 = 60
職員: 120·48/240 = 24, 120·72/240 = 36, 120·120/240 = 60

カイ二乗統計量

χ² = (21 − 24)²/24 + (37 − 36)²/36 + (62 − 60)²/60 + (27 − 24)²/24 + (35 − 36)²/36 + (58 − 60)²/60
χ² = 0.9389

答え

χ² = 0.9389

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: χ² = 0.3733

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

18~30 歳: 30, 30
31~50 歳: 30, 30
51 歳以上: 50, 50

カイ二乗統計量

χ² = (28 − 30)²/30 + (32 − 30)²/30 + (31 − 30)²/30 + (29 − 30)²/30 + (51 − 50)²/50 + (49 − 50)²/50
χ² = 0.3733

判断

df = 2, χ²crit = 9.210
0.3733 < 9.210

答え

χ² = 0.3733

χ² は臨界値より小さいので、H₀ は棄却されません:関連を示す有意な証拠はありません。

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