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

2 × 3 の要因計画の分散分析で、ある薬が若い成人では記憶を向上させるが、高齢者ではさせないことがわかりました。何が見つかったのですか?

  1. A床効果
  2. B年齢の主効果だけ
  3. C第 1 種の過誤
  4. D薬と年齢の交互作用
3.記述統計ふつう
15202530354045

データの標本標準偏差 s を求めなさい:19, 25, 39, 40, 47, 33, 11。

n = 7
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

ある量は平均 500、標準偏差 60 の正規分布に従います。440 より小さい値の割合 P はいくつですか?

μ = 500σ = 60x = 440
P =
5.確率ふつう
n = 11k = 3N = ?

11 人のグループから 3 人の委員会を選ぶ方法 N は何通りですか?順序は問いません。

n = 11k = 3
N =
6.確率むずかしい
n = 12, p = 0.6: P(X = 3) = ?k0123456789101112

あるテストには選択問題が 12 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 0.6 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 = 12p = 0.6k = 3
P =
7.正規分布ふつう
−3−2−10123zz の右側の色つき面積 = 0.6517

標準正規曲線の下で、z の右側の色つき面積が 0.6517 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 = 0.6517
z =
8.正規分布むずかしい
157164171178185192199cm上端 85%

成人男性の身長 は、平均 178 cm、標準偏差 7 cm の正規分布に従います。色つきの上位 85% 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 = 178 cmσ = 7 cm85%
x = cm
9.信頼区間ふつう
n = 30, s = 1LUx̄ = 106E = ?99%

30 個からなる標本の平均は 106、標準偏差は s = 1 です。母集団はほぼ正規分布に従います。 平均の 99% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n = 30x̄ = 106s = 199%t(29) = 2.756
E =
10.信頼区間むずかしい
μ₁ − μ₂, t(29) = 2.0450LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

2 種類の肥料を試験します。区画群 1:25 区画、平均収量 86.5 kg、標準偏差 6.5 kg。区画群 2:6 区画、平均 84 kg、標準偏差 9 kg。等分散を仮定します(プールした t、df = n₁ + n₂ − 2)。 μ₁ − μ₂ の 95% 信頼区間の上限を求めなさい。

n₁ = 25x̄₁ = 86.5s₁ = 6.5n₂ = 6x̄₂ = 84s₂ = 995%t(29) = 2.045
上限 = kg
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−2.2622.262t = ?df = 9

10 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 −3.23、差の標準偏差は 7.3 です。H₀: μd = 0 の対応のある検定統計量 t を求めなさい。

n = 10d̄ = −3.23sd = 7.3
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 113.1 です。母標準偏差は 15 です。平均の 99% 信頼区間の下限 L を求めなさい。

x̄ = 113.1σ = 15n = 2599%
L =
13.線形回帰と相関ふつう
xy284126198211029xy510102030

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。 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 = 30Σy = 89Σx² = 220Σy² = 1851Σxy = 636
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy151257361467569xy24506070x = 4.5

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 (4.5, 73) が得られました。その残差 e = y − ŷ を求めなさい。

n = 5(4.5, 73)
e =
15.カイ二乗検定ふつう
改善あり改善なし合計新薬194160プラセボ112940合計3070100

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 = 1002 × 2
χ² =
16.カイ二乗検定むずかしい

カイ二乗適合度検定で、4 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 = 4
df =

3溶液

1.心理学研究法

答え: C · 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

C · 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: D · 薬と年齢の交互作用

これが答えになる理由

交互作用は、ある要因の効果が別の要因の水準によって異なるときに起こります。ここでは薬の効果が年齢群に依存しています。

答え

D · 薬と年齢の交互作用
3.記述統計

答え: s = 12.8

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 = 214/7 = 30.57

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = (−11.57)² + (−5.571)² + 8.429² + 9.429² + 16.43² + 2.429² + (−19.57)² = 983.7

標準偏差

s = √(983.7/6) = 12.8

答え

s = 12.8
4.記述統計

答え: P = 0.1587

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

標準正規分布表

Φ(−1) = 0.1587
P = 0.1587

答え

P = 0.1587
5.確率

答え: N = 165

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。

組合せ

C(11, 3) = (11·10·9)/(3·2·1) = 165

答え

N = 165
6.確率

答え: P = 0.01246

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) = 220·0.63·0.49 = 220·0.216·0.0002621 = 0.01246

答え

P = 0.01246
7.正規分布

答え: z = −0.39

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 − 0.6517 = 0.3483

z 表を逆に読む

表の中で 0.3483 を見つけ、z を読み取ります。

z = −0.39

答え

z = −0.39
8.正規分布

答え: x = 170.7 cm

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) = 0.15

表からの z

z ≈ −1.04

元の単位に戻す

x = 178 − 1.04·7 = 170.7 cm

答え

x = 170.7 cm
9.信頼区間

答え: E = 0.5032

平均の信頼区間:x̄ ± 誤差の幅。母集団の σ が既知なら誤差の幅は z·σ/√n、標本標準偏差 s しかなければ自由度 n − 1 の t を使って t·s/√n です。臨界値:z = 1.645(90%)、1.96(95%)、2.576(99%)。誤差の幅を E 以下にするには n ≥ (z·σ/E)² が必要で、端数は切り上げます。

臨界値

df = n − 1 = 29, t = 2.756

誤差の幅

E = 2.756·1/√30 = 0.5032

答え

E = 0.5032
10.信頼区間

答え: 上限 = 9.003 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 = (24·6.5² + 5·9²)/29 = 48.93
sp = 6.995

誤差の幅

E = 2.045·6.995·√(1/25 + 1/6) = 6.503

区間

2.5 ± 6.503 → [−4.003, 9.003]

答え

上限 = 9.003 kg
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = −1.399

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 = 7.3/√10 = 2.308

検定統計量

t = −3.23/2.308 = −1.399

答え

t = −1.399

df = 9 のとき、両側 5% の臨界値は 2.262 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 = 105.4

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 = 2.576·15/√25 = 7.728

区間の端

L = 113.1 − 7.728 = 105.4

答え

L = 105.4
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9874

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 = 636 − 30·89/5 = 102
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 1851 − 89²/5 = 266.8

相関係数

r = 102/√(40·266.8) = 0.9874

答え

r = 0.9874
14.線形回帰と相関

答え: e = 5.1

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 = 15/5 = 3
ȳ = 305/5 = 61

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 46

回帰直線

b = 46/10 = 4.6
a = 61 − 4.6·3 = 47.2
ŷ = 47.2 + 4.6·x

予測値

ŷ = 47.2 + 4.6·4.5 = 67.9

残差

e = 73 − 67.9 = 5.1

答え

e = 5.1

点は直線より上にあります。

15.カイ二乗検定

答え: χ² = 0.1984

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

新薬: 60·30/100 = 18, 60·70/100 = 42
プラセボ: 40·30/100 = 12, 40·70/100 = 28

カイ二乗統計量

χ² = (19 − 18)²/18 + (41 − 42)²/42 + (11 − 12)²/12 + (29 − 28)²/28
χ² = 0.1984

答え

χ² = 0.1984

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 = 2

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 = 4 − 1 − 1 = 2

答え

df = 2

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