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. A16%
  2. B60%
  3. C4%
  4. D40%
2.心理学研究法むずかしい

研究の標本の大きさを増やすことが最も直接的にもたらすのは何ですか?

  1. A効果が存在するなら、統計的に有意な結果が保証される
  2. B効果量が大きくなる
  3. C標本からあらゆる偏りがなくなる
  4. D本当の効果を検出する統計的検定力が高まる
3.記述統計ふつう
25303540455055

データの標本標準偏差 s を求めなさい:30, 22, 58, 24, 47。

n = 5
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

試験の点数は平均 50、標準偏差 8 の正規分布に従います。66 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 50σ = 8x = 66
z =
5.確率ふつう
xp(x)10.2520.1530.1540.350.15μ = 2.95

示された分布について、X の標準偏差 σ を求めなさい。

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0.25, 0.15, 0.15, 0.3, 0.15
σ =
6.確率むずかしい
n = 6, p = 0.3: P(X = 4) = ?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 0.3 で正解します。ちょうど 4 問正解する確率 P はいくつですか?

n = 6p = 0.3k = 4
P =
7.正規分布ふつう
510 kg495.3 kgT = X₁ + … + X₆?

荷物を持つ乗客 の質量は互いに独立で、平均 85 kg、標準偏差 12 kg の正規分布に従います。そのうち 6 個の合計質量が 495.3 kg を超える確率 P を求めなさい。z は小数第 2 位に丸めなさい。

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 6> 495.3 kg
P =
8.正規分布むずかしい
10 g0X − Y?

ライン 1 の製品の質量 X とライン 2 の製品の質量 Y は独立な正規変数です:X は平均 500 g、標準偏差 8 g、Y は平均 490 g、標準偏差 6 g です。X が Y より大きい確率 P を求めなさい。z は小数第 2 位に丸めなさい。

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
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 1:40 台、平均 84 h、既知の標準偏差 14 h。機種 2:30 台、平均 73 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 = 40x̄₁ = 84 hσ₁ = 14 hn₂ = 30x̄₂ = 73 hσ₂ = 3 h90%
E = h
10.信頼区間むずかしい
μ₁ − μ₂, t(19) = 2.0930L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

2 種類の肥料を試験します。区画群 1:16 区画、平均収量 25 kg、標準偏差 6.5 kg。区画群 2:5 区画、平均 28 kg、標準偏差 6 kg。等分散を仮定します(プールした t、df = n₁ + n₂ − 2)。 μ₁ − μ₂ の 95% 信頼区間の下限を求めなさい。

n₁ = 16x̄₁ = 25s₁ = 6.5n₂ = 5x̄₂ = 28s₂ = 695%t(19) = 2.093
下限 = kg
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−1.661.66p = ?

ある母集団の平均は 100 であると主張されています。母標準偏差は 15 であることがわかっています。36 個の観測値からなる無作為標本の平均は 95.85 です。H₀: μ = 100 対 H₁: μ ≠ 100 を検定します。p 値 p を求めなさい。

μ₀ = 100σ = 15n = 36x̄ = 95.85H₁: μ ≠ μ₀
p =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
σ = 8, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 290%

平均の 90% 信頼区間の誤差の幅を 2 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 8 です。最小の標本サイズ n を求めなさい。

σ = 8E = 290%
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy1486169518103201192212824144xy152025100120140

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 = 114Σy = 675Σx² = 2236Σy² = 78311Σxy = 13230
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy132344555769982xy5406080ŷ = 50

表は x = 広告費(k€) と y = 売上高(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。 直線が ŷ = 50 と予測するのは、どの値 x のときですか?

n = 5ŷ = 50
x =
15.カイ二乗検定ふつう
低中高合計都市部8201240農村部4122440合計12323680

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 = 802 × 3
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、9 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 = 0.05 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: A · 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

A · 16%
2.心理学研究法

答え: D · 本当の効果を検出する統計的検定力が高まる

これが答えになる理由

標本が大きいほど標準誤差が小さくなり、検定力が高まります。真の効果量は変わらず、系統的な偏りも取り除かれません。

答え

D · 本当の効果を検出する統計的検定力が高まる
3.記述統計

答え: s = 15.66

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 = (−6.2)² + (−14.2)² + 21.8² + (−12.2)² + 10.8² = 980.8

標準偏差

s = √(980.8/4) = 15.66

答え

s = 15.66
4.記述統計

答え: z = 2

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 = (66 − 50)/8 = 2

答え

z = 2
5.確率

答え: σ = 1.431

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 = 1·0.25 + 2·0.15 + 3·0.15 + 4·0.3 + 5·0.15 = 2.95

2 乗の平均

E(X²) = 1·0.25 + 4·0.15 + 9·0.15 + 16·0.3 + 25·0.15 = 10.75

分散

Var(X) = 10.75 − 2.95² = 2.047
σ = √2.047 = 1.431

答え

σ = 1.431
6.確率

答え: P = 0.05953

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 = 4) = 15·0.34·0.72 = 15·0.0081·0.49 = 0.05953

答え

P = 0.05953
7.正規分布

答え: P = 0.6915

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 = 510 kg, σT = 12·√6 = 29.39 kg

標準化する

z = (495.3 − 510)/29.39 = −0.5

確率

P = 1 − Φ(−0.5) = 0.6915

答え

P = 0.6915
8.正規分布

答え: P = 0.8413

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 = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

標準化する

z = (0 − 10)/10 = −1

確率

P = 1 − Φ(−1) = 0.8413

答え

P = 0.8413
9.信頼区間

答え: E = 3.751 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 = 84 − 73 = 11

標準誤差

SE = √(14²/40 + 3²/30) = 2.28

誤差の幅

E = 1.645·2.28 = 3.751

答え

E = 3.751 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 = −9.861 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 = (15·6.5² + 4·6²)/19 = 40.93
sp = 6.398

誤差の幅

E = 2.093·6.398·√(1/16 + 1/5) = 6.861

区間

−3 ± 6.861 → [−9.861, 3.861]

答え

下限 = −9.861 kg
11.仮説検定と信頼区間

答え: p = 0.09691

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 = 15/√36 = 2.5
z = (95.85 − 100)/2.5 = −1.66

裾の面積

Φ(1.66) = 0.9515
1 − Φ(1.66) = 0.0485

p 値

p = 2·0.0485 = 0.09691

答え

p = 0.09691

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 = (1.645·8/2)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 = 0.9936

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 = 13230 − 114·675/6 = 405
Sxx = 2236 − 114²/6 = 70
Syy = 78311 − 675²/6 = 2374

相関係数

r = 405/√(70·2374) = 0.9936

答え

r = 0.9936
14.線形回帰と相関

答え: x = 3.976

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 = 25/5 = 5
ȳ = 282/5 = 56.4

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 250

回帰直線

b = 250/40 = 6.25
a = 56.4 − 6.25·5 = 25.15
ŷ = 25.15 + 6.25·x

x について解く

x = (50 − 25.15)/6.25 = 3.976

答え

x = 3.976
15.カイ二乗検定

答え: χ² = 7.333

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

都市部: 40·12/80 = 6, 40·32/80 = 16, 40·36/80 = 18
農村部: 40·12/80 = 6, 40·32/80 = 16, 40·36/80 = 18

カイ二乗統計量

χ² = (8 − 6)²/6 + (20 − 16)²/16 + (12 − 18)²/18 + (4 − 6)²/6 + (12 − 16)²/16 + (24 − 18)²/18
χ² = 7.333

答え

χ² = 7.333

df = 2。α = 0.05 での臨界値は 5.991 なので、H₀(独立)は棄却される。

16.カイ二乗検定

答え: χ²crit = 15.51

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 = 9 − 1 = 8

表

χ²crit(df = 8, α = 0.05) = 15.507

答え

χ²crit = 15.507

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