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

平均 100、標準偏差 15 のテストで、ある学生の得点は 130 です。z 得点はいくつですか?

  1. A0.5
  2. B3.0
  3. C2.0
  4. D1.5
2.心理学研究法むずかしい

テーマ分析で分析者が主に行うことは何ですか?

  1. A数値的な仮説を検定する
  2. B質的データ全体に繰り返し現れる意味のパターンを見いだす
  3. C各テーマの平均得点を計算し、統計的に比較する
  4. D単語の頻度だけを数える
3.記述統計ふつう
152025303540455055

データの標本標準偏差 s を求めなさい:59, 57, 57, 19, 14。

n = 5
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

ある量は平均 170、標準偏差 20 の正規分布に従います。154 より小さい値の割合 P はいくつですか?

μ = 170σ = 20x = 154
P =
5.確率ふつう
P(少なくとも 1 回 6 が出る) = ??1?2?3?4?5?6P(6) = 各回 1/6

公正なさいころを 6 回振ります。少なくとも 1 回 6 が出る確率 P はいくつですか?

n = 6
P =
6.確率むずかしい
€p(x)−30.7430.25270.01

ゲームの参加費は €3 です。確率 0.25 で €6、確率 0.01 で €30 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 = €3€6: p = 0.25€30: p = 0.01
E(G) = €
7.正規分布ふつう
−3−2−10123zz の右側の色つき面積 = 0.0110

標準正規曲線の下で、z の右側の色つき面積が 0.0110 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 = 0.0110
z =
8.正規分布むずかしい
157164171178185192199cm下端 90%

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。色つきの下位 90% が左側になるように、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 cm90%
x = cm
9.信頼区間ふつう
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?95%

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 146 h、既知の標準偏差 20 h。機種 2:40 台、平均 156 h、既知の標準偏差 17 h。 μ₁ − μ₂ の 95% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n₁ = 40x̄₁ = 146 hσ₁ = 20 hn₂ = 40x̄₂ = 156 hσ₂ = 17 h95%
E = h
10.信頼区間むずかしい
σ = 16, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2.590%

母標準偏差は 16 です。平均の 90% 信頼区間の誤差の幅を 2.5 以下にするには、どれだけの標本サイズ n が必要ですか?

σ = 16E = 2.590%
n =
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−1.28p = ?

ある母集団の平均は 120 であると主張されています。母標準偏差は 6 であることがわかっています。144 個の観測値からなる無作為標本の平均は 119.36 です。H₀: μ = 120 対 H₁: μ < 120 を検定します。p 値 p を求めなさい。

μ₀ = 120σ = 6n = 144x̄ = 119.36H₁: μ < μ₀
p =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
σ = 5, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2.595%

平均の 95% 信頼区間の誤差の幅を 2.5 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 5 です。最小の標本サイズ n を求めなさい。

σ = 5E = 2.595%
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy23456781110151220xy5101020

表は x = 荷重 (kN) と y = 伸び (mm) 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 = 42Σy = 61Σx² = 364Σy² = 829Σxy = 546
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy1777198921922310425108xy20258090100110x = 22

表は x = 気温 (°C) と y = アイスクリームの販売数 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 (22, 102) が得られました。その残差 e = y − ŷ を求めなさい。

n = 5(22, 102)
e =
15.カイ二乗検定ふつう
低中高合計都市部22184080農村部18382480合計405664160

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 = 1602 × 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、5 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 = 0.01 での臨界値 χ²crit を求めなさい。

α = 0.01
χ²crit =

3溶液

1.心理学研究法

答え: C · 2.0

これが答えになる理由

(130 − 100) / 15 = 2。この得点は平均より 2 標準偏差高く、約 97〜98% の人より高いです。

答え

C · 2.0
2.心理学研究法

答え: B · 質的データ全体に繰り返し現れる意味のパターンを見いだす

これが答えになる理由

テーマ分析には、データへの慣れ親しみ、コード化、テーマの生成・見直し・命名、報告の執筆が含まれ、統計よりも意味に焦点を当てます。

答え

B · 質的データ全体に繰り返し現れる意味のパターンを見いだす
3.記述統計

答え: s = 22.63

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 = 206/5 = 41.2

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 17.8² + 15.8² + 15.8² + (−22.2)² + (−27.2)² = 2049

標準偏差

s = √(2049/4) = 22.63

答え

s = 22.63
4.記述統計

答え: P = 0.2119

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 = −0.8

標準正規分布表

Φ(−0.8) = 0.2119
P = 0.2119

答え

P = 0.2119
5.確率

答え: P = 0.6651

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。

余事象

P(6 が出ない) = (5/6)6 = 0.3349
P = 1 − 0.3349 = 0.6651

答え

P = 0.6651
6.確率

答え: E(G) = −1.2 €

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: 3 (p = 0.25), 27 (p = 0.01), −3 (p = 0.74)

期待値

E(G) = 3·0.25 + 27·0.01 − 3·0.74 = −1.2 €

答え

E(G) = −1.2 €

負の値は、平均して損をすることを意味します。

7.正規分布

答え: z = 2.29

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 − 0.0110 = 0.9890

z 表を逆に読む

表の中で 0.9890 を見つけ、z を読み取ります。

z = 2.29

答え

z = 2.29
8.正規分布

答え: x = 187 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) = 0.9

表からの z

z ≈ 1.28

元の単位に戻す

x = 178 + 1.28·7 = 187 cm

答え

x = 187 cm
9.信頼区間

答え: E = 8.135 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 = 146 − 156 = −10

標準誤差

SE = √(20²/40 + 17²/40) = 4.15

誤差の幅

E = 1.96·4.15 = 8.135

答え

E = 8.135 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: n = 111

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。

n について解く

n = (1.645·16/2.5)² = 110.8

切り上げる

標本サイズは整数であり、切り捨てると誤差の幅が大きくなりすぎます。

n = 111

答え

n = 111
11.仮説検定と信頼区間

答え: p = 0.1003

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 = 6/√144 = 0.5
z = (119.36 − 120)/0.5 = −1.28

裾の面積

Φ(1.28) = 0.8997
1 − Φ(1.28) = 0.1003

p 値

p = 0.1003

答え

p = 0.1003

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 = 16

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 = (1.96·5/2.5)² = 15.37

切り上げる

n = 16

答え

n = 16
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9842

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 = 546 − 42·61/6 = 119
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 829 − 61²/6 = 208.8

相関係数

r = 119/√(70·208.8) = 0.9842

答え

r = 0.9842
14.線形回帰と相関

答え: e = 4.15

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 = 105/5 = 21
ȳ = 470/5 = 94

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 154

回帰直線

b = 154/40 = 3.85
a = 94 − 3.85·21 = 13.15
ŷ = 13.15 + 3.85·x

予測値

ŷ = 13.15 + 3.85·22 = 97.85

残差

e = 102 − 97.85 = 4.15

答え

e = 4.15

点は直線より上にあります。

15.カイ二乗検定

答え: χ² = 11.54

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: 80·40/160 = 20, 80·56/160 = 28, 80·64/160 = 32
農村部: 80·40/160 = 20, 80·56/160 = 28, 80·64/160 = 32

カイ二乗統計量

χ² = (22 − 20)²/20 + (18 − 28)²/28 + (40 − 32)²/32 + (18 − 20)²/20 + (38 − 28)²/28 + (24 − 32)²/32
χ² = 11.54

答え

χ² = 11.54

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 = 13.28

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 = 5 − 1 = 4

表

χ²crit(df = 4, α = 0.01) = 13.277

答え

χ²crit = 13.277

計算した χ² がこの値より大きければ H₀ を棄却します。

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