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

15 項目の不安尺度のクロンバックのアルファが 0.88 です。これは何を示していますか?

  1. A尺度が将来の不安をよく予測する
  2. B尺度が不安に有意な効果を持つ
  3. C得点が 6 か月間安定している
  4. D項目の内的一貫性が良好である
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
  2. B数値的な仮説を検定する
  3. C単語の頻度だけを数える
  4. D各テーマの平均得点を計算し、統計的に比較する
3.記述統計ふつう
20253035404550

データの標本標準偏差 s を求めなさい:48, 50, 43, 36, 17, 31。

n = 6
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

ある量は平均 60、標準偏差 10 の正規分布に従います。64 より小さい値の割合 P はいくつですか?

μ = 60σ = 10x = 64
P =
5.確率ふつう
xp(x)00.310.3520.35μ = 1.05

示された分布について、X の標準偏差 σ を求めなさい。

x: 0, 1, 2p(x): 0.3, 0.35, 0.35
σ =
6.確率むずかしい
n = 6, p = 0.5: P(X = 5) = ?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 0.5 で正解します。ちょうど 5 問正解する確率 P はいくつですか?

n = 6p = 0.5k = 5
P =
7.正規分布ふつう
100.75118P = ?

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。100.75 から 118 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 = 100σ = 15x1 = 100.75x2 = 118
P =
8.正規分布むずかしい
μ = 65x = ?80%

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。全体の 80% がそれより下にある値 x(第 80 パーセンタイル)を求めなさい。

μ = 65σ = 10P = 80%
x = 点
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 1:100 台、平均 118 h、既知の標準偏差 15 h。機種 2:30 台、平均 115.5 h、既知の標準偏差 8 h。 μ₁ − μ₂ の 95% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n₁ = 100x̄₁ = 118 hσ₁ = 15 hn₂ = 30x̄₂ = 115.5 hσ₂ = 8 h95%
E = h
10.信頼区間むずかしい
n = 10σ = ?Us = 695%

機械加工した 10 本の軸の直径の標本標準偏差は 6 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% 信頼区間の下限 σ を求めなさい。df = 9 のとき、χ² 分布の 2.5% は 2.7 より下に、2.5% は 19.023 より上にあります。

n = 10s = 6 µmχ² = 2.7, 19.023
σ = µm
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−2.1792.179t = ?df = 12

2 つの指導法を比べます。グループ 1:9 人の学生、平均点 93、標準偏差 7。グループ 2:5 人の学生、平均点 106.6、標準偏差 7.5。母分散が等しいと仮定し、プールした 2 標本 t 検定を使います。差を x̄₁ − x̄₂(グループ 1 − グループ 2)として、H₀: μ₁ = μ₂ の検定統計量 t を求めなさい。

n₁ = 9x̄₁ = 93s₁ = 7n₂ = 5x̄₂ = 106.6s₂ = 7.5
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 1.5α = 0.05βσ = 12, 検出力 95%, n = ?

α = 0.05 の片側 z 検定で、平均の 1.5 単位のずれを検出力 95% で検出しなければなりません。標準偏差は 12 です。最小の標本サイズ n を求めなさい。

α = 0.05検出力 = 95%δ = 1.5σ = 12zα = 1.645zβ = 1.645
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy284196288321040xy51010203040

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 = 127Σx² = 220Σy² = 3833Σxy = 916
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy1273345377459561162xy5104060ŷ = 58

表は x = 広告費(k€) と y = 売上高(k€) 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 ŷ = a + b·x を用います。 直線が ŷ = 58 と予測するのは、どの値 x のときですか?

n = 6ŷ = 58
x =
15.カイ二乗検定ふつう
欠陥なし軽微重大合計日勤75387120夜勤351748100合計1105555220

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 = 2202 × 3
χ² =
16.カイ二乗検定むずかしい

カイ二乗適合度検定で、9 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 = 9
df =

3溶液

1.心理学研究法

答え: D · 項目の内的一貫性が良好である

これが答えになる理由

クロンバックのアルファは内的一貫性を推定します。約 0.7 以上の値が通常は受け入れられるとされます。それだけでは妥当性は示されません。

答え

D · 項目の内的一貫性が良好である
2.心理学研究法

答え: A · 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

A · 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 = 12.34

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 = 225/6 = 37.5

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 10.5² + 12.5² + 5.5² + (−1.5)² + (−20.5)² + (−6.5)² = 761.5

標準偏差

s = √(761.5/5) = 12.34

答え

s = 12.34
4.記述統計

答え: P = 0.6554

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 = 0.4

標準正規分布表

Φ(0.4) = 0.6554
P = 0.6554

答え

P = 0.6554
5.確率

答え: σ = 0.8047

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 = 0·0.3 + 1·0.35 + 2·0.35 = 1.05

2 乗の平均

E(X²) = 0·0.3 + 1·0.35 + 4·0.35 = 1.75

分散

Var(X) = 1.75 − 1.05² = 0.6475
σ = √0.6475 = 0.8047

答え

σ = 0.8047
6.確率

答え: P = 0.09375

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 = 5) = 6·0.55·0.51 = 6·0.03125·0.5 = 0.09375

答え

P = 0.09375
7.正規分布

答え: P = 0.365

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 = (100.75 − 100)/15 = 0.05
z₂ = (118 − 100)/15 = 1.2

間の面積

P = Φ(1.2) − Φ(0.05) = 0.8849 − 0.5199 = 0.365

答え

P = 0.365
8.正規分布

答え: x = 73.42 点

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。

パーセンタイルに対応する z

Φ(z) = 0.8 → z = 0.8416

x に戻す

x = 65 + 0.8416·10 = 73.42 点

答え

x = 73.42 点
9.信頼区間

答え: E = 4.104 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 = 118 − 115.5 = 2.5

標準誤差

SE = √(15²/100 + 8²/30) = 2.094

誤差の幅

E = 1.96·2.094 = 4.104

答え

E = 4.104 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 = 4.127 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 = 9·6² = 324

σ² の限界

324/19.023 = 17.03
324/2.7 = 120

σ の限界

σ = √17.03 = 4.127 µm

答え

σ = 4.127 µm

σ の 95% 区間:[4.127, 10.95] µm。

11.仮説検定と信頼区間

答え: t = −3.4

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.

プールした分散

sp² = (8·7² + 4·7.5²)/12 = 51.42
sp = 7.171

標準誤差

SE = 7.171·√(1/9 + 1/5) = 4

検定統計量

t = (93 − 106.6)/4 = −3.4

答え

t = −3.4

df = 12 のとき、両側 5% の臨界値は 2.179 です。|t| の方が大きいので、H₀ は棄却されます。

12.仮説検定と信頼区間

答え: n = 693

検定に必要な標本サイズ:有意水準 α の片側 z 検定で、真のずれ δ を検出力 1 − β で検出するには、標準誤差が δ = (z_α + z_β)·σ/√n を満たす必要があるので、n = ((z_α + z_β)·σ/δ)² を切り上げます。

n について解く

n = ((1.645 + 1.645)·12/1.5)² = 692.7

切り上げる

n = 693

答え

n = 693
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9882

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 = 916 − 30·127/5 = 154
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 3833 − 127²/5 = 607.2

相関係数

r = 154/√(40·607.2) = 0.9882

答え

r = 0.9882
14.線形回帰と相関

答え: x = 10.08

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 = 36/6 = 6
ȳ = 261/6 = 43.5

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 249

回帰直線

b = 249/70 = 3.557
a = 43.5 − 3.557·6 = 22.16
ŷ = 22.16 + 3.557·x

x について解く

x = (58 − 22.16)/3.557 = 10.08

答え

x = 10.08
15.カイ二乗検定

答え: χ² = 51.74

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: 120·110/220 = 60, 120·55/220 = 30, 120·55/220 = 30
夜勤: 100·110/220 = 50, 100·55/220 = 25, 100·55/220 = 25

カイ二乗統計量

χ² = (75 − 60)²/60 + (38 − 30)²/30 + (7 − 30)²/30 + (35 − 50)²/50 + (17 − 25)²/25 + (48 − 25)²/25
χ² = 51.74

答え

χ² = 51.74

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: df = 7

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 − 1 = 7

答え

df = 7

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