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

審査員による絵画の順位づけのような、2 組の順位の関係に適した統計量はどれですか?

  1. Aカイ二乗
  2. Bスピアマンの順位相関係数(ρ)
  3. Cピアソンの r
  4. D対応のない t 検定
2.心理学研究法むずかしい

研究者があるデータセットで 20 の分析を行い、p < 0.05 になった 1 つだけを報告します。この慣行を何と呼びますか?

  1. Aカウンターバランス
  2. Bp ハッキング
  3. Cトライアンギュレーション
  4. D事前登録
3.記述統計ふつう
202530354045

データの標本標準偏差 s を求めなさい:41, 21, 37, 22, 33, 18, 46。

n = 7
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

試験の点数は平均 70、標準偏差 10 の正規分布に従います。90 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 70σ = 10x = 90
z =
5.確率ふつう
xp(x)10.2520.330.1540.3μ = 2.5

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, 4p(x): 0.25, 0.3, 0.15, 0.3
σ =
6.確率むずかしい
n = 8, p = 0.25: P(X ≤ 1) = ?k012345678

部品を 8 個試験し、各部品は独立に確率 0.25 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 = 0.25
P =
7.正規分布ふつう
5777.5P = ?

試験の得点は、平均 65 点、標準偏差 10 点 の正規分布に従います。57 から 77.5 点 の間にある割合はいくらですか?P を小数で答えなさい。

μ = 65σ = 10x1 = 57x2 = 77.5
P =
8.正規分布むずかしい
557085100115130145点上端 30%

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。色つきの上位 30% 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 = 100 点σ = 15 点30%
x = 点
9.信頼区間ふつう
n = 15, s = 6L = ?Ux̄ = 75E99%

15 個からなる標本の平均は 75、標準偏差は s = 6 です。母集団はほぼ正規分布に従います。 平均の 99% 信頼区間の下限を求めなさい。

n = 15x̄ = 75s = 699%t(14) = 2.977
下限 =
10.信頼区間むずかしい
μ₁ − μ₂, t(15) = 2.1310LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

2 種類の肥料を試験します。区画群 1:5 区画、平均収量 87.5 kg、標準偏差 4.5 kg。区画群 2:12 区画、平均 80 kg、標準偏差 4.5 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 = 5x̄₁ = 87.5s₁ = 4.5n₂ = 12x̄₂ = 80s₂ = 4.595%t(15) = 2.131
上限 = kg
11.仮説検定と信頼区間ふつう
t −1.9901.99

学生 81 人の標本の平均点は 103.5、標本標準偏差は 15 です。H₀: μ = 100 に対する検定統計量 t を求めなさい。

μ₀ = 100x̄ = 103.5s = 15n = 81
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
σ = 12, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1.599%

平均の 99% 信頼区間の誤差の幅を 1.5 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 = 1.599%
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy15561774197721902310025115xy1520256080100120

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。 最小二乗直線の決定係数 r² を求めなさい。

n = 6
r² =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy2434526638761085xy510406080x = 3

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。 新しい観測値 (3, 45) が得られました。その残差 e = y − ŷ を求めなさい。

n = 5(3, 45)
e =
15.カイ二乗検定ふつう
欠陥なし軽微重大合計日勤32171160夜勤582834120合計904545180

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 = 1802 × 3
χ² =
16.カイ二乗検定むずかしい
合格不合格合計工場 A93140工場 B83240工場 C314980合計48112160dfα = 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 = 1603 × 2α = 0.01
χ² =

3溶液

1.心理学研究法

答え: B · スピアマンの順位相関係数(ρ)

これが答えになる理由

スピアマンの順位相関は、2 つの順位づけされた変数や順序変数の間の単調な関係の強さを測ります。

答え

B · スピアマンの順位相関係数(ρ)
2.心理学研究法

答え: B · p ハッキング

これが答えになる理由

p ハッキングは分析の柔軟性を利用して有意性を得るもので、偽陽性率を 5% よりはるかに高くします。事前登録と透明な報告がそれを減らします。

答え

B · p ハッキング
3.記述統計

答え: s = 10.92

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 = 218/7 = 31.14

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 9.857² + (−10.14)² + 5.857² + (−9.143)² + 1.857² + (−13.14)² + 14.86² = 714.9

標準偏差

s = √(714.9/6) = 10.92

答え

s = 10.92
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 = (90 − 70)/10 = 2

答え

z = 2
5.確率

答え: σ = 1.162

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 + 2·0.3 + 3·0.15 + 4·0.3 = 2.5

2 乗の平均

E(X²) = 1·0.25 + 4·0.3 + 9·0.15 + 16·0.3 = 7.6

分散

Var(X) = 7.6 − 2.5² = 1.35
σ = √1.35 = 1.162

答え

σ = 1.162
6.確率

答え: P = 0.3671

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) = 0.758 = 0.1001
P(X = 1) = 8·0.25·0.757 = 0.267

足し合わせる

P = 0.1001 + 0.267 = 0.3671

答え

P = 0.3671
7.正規分布

答え: P = 0.6825

正規分布:値 x を z スコア z = (x − μ)/σ に変換します。これは平均から標準偏差何個分離れているかを表します。z 表(または Φ(z))は z より左側の面積、つまり P(X < x) を与えます。右側の面積は 1 − Φ(z)、2 つの値の間の面積はそれぞれの左側の面積の差です。

z スコア

z₁ = (57 − 65)/10 = −0.8
z₂ = (77.5 − 65)/10 = 1.25

間の面積

P = Φ(1.25) − Φ(−0.8) = 0.8944 − 0.2119 = 0.6825

答え

P = 0.6825
8.正規分布

答え: x = 107.8 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) = 0.7

表からの z

z ≈ 0.52

元の単位に戻す

x = 100 + 0.52·15 = 107.8 点

答え

x = 107.8 点
9.信頼区間

答え: 下限 = 70.39

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 = 14, t = 2.977

誤差の幅

E = 2.977·6/√15 = 4.612

区間

75 ± 4.612 → [70.39, 79.61]

答え

下限 = 70.39
10.信頼区間

答え: 上限 = 12.6 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 = (4·4.5² + 11·4.5²)/15 = 20.25
sp = 4.5

誤差の幅

E = 2.131·4.5·√(1/5 + 1/12) = 5.104

区間

7.5 ± 5.104 → [2.396, 12.6]

答え

上限 = 12.6 kg
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = 2.1

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。

標準誤差

SE = 15/√81 = 15/9 = 1.667

検定統計量

t = (103.5 − 100)/1.667 = 2.1

答え

t = 2.1
t0.025; df = 80 = 1.99

|t| > 1.99 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されます。

12.仮説検定と信頼区間

答え: n = 425

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 = (2.576·12/1.5)² = 424.7

切り上げる

n = 425

答え

n = 425
13.線形回帰と相関

答え: r² = 0.9785

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 = 120/6 = 20
ȳ = 512/6 = 85.33

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 386
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2175

決定係数

r² = 386²/(70·2175) = 0.9785

答え

r² = 0.9785

y の変動の約 97.85% が直線で説明されます。

14.線形回帰と相関

答え: e = −2.6

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 = 30/5 = 6
ȳ = 319/5 = 63.8

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 216

回帰直線

b = 216/40 = 5.4
a = 63.8 − 5.4·6 = 31.4
ŷ = 31.4 + 5.4·x

予測値

ŷ = 31.4 + 5.4·3 = 47.6

残差

e = 45 − 47.6 = −2.6

答え

e = −2.6

点は直線より下にあります。

15.カイ二乗検定

答え: χ² = 2.2

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。

期待度数

日勤: 60·90/180 = 30, 60·45/180 = 15, 60·45/180 = 15
夜勤: 120·90/180 = 60, 120·45/180 = 30, 120·45/180 = 30

カイ二乗統計量

χ² = (32 − 30)²/30 + (17 − 15)²/15 + (11 − 15)²/15 + (58 − 60)²/60 + (28 − 30)²/30 + (34 − 30)²/30
χ² = 2.2

答え

χ² = 2.2

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 = 5.893

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

工場 A: 12, 28
工場 B: 12, 28
工場 C: 24, 56

カイ二乗統計量

χ² = (9 − 12)²/12 + (31 − 28)²/28 + (8 − 12)²/12 + (32 − 28)²/28 + (31 − 24)²/24 + (49 − 56)²/56
χ² = 5.893

判断

df = 2, χ²crit = 9.210
5.893 < 9.210

答え

χ² = 5.893

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。

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