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

大学の母集団と同じ割合で 1 年生、2 年生、3 年生を含む標本を得るには、研究者はどの方法を使うべきですか?

  1. A志願者標本抽出
  2. B層化抽出
  3. C機会標本抽出
  4. Dスノーボール抽出
2.心理学研究法むずかしい

学習時間と睡眠から試験の得点を予測する重回帰分析で、R² = 0.36 でした。これは何を意味しますか?

  1. A予測変数間の相関が 0.36 である
  2. B学習時間が試験の成功の 36% を引き起こしている
  3. C学生の 36% が試験に合格した
  4. D予測変数が合わせて試験の得点の分散の 36% を説明している
3.記述統計ふつう
1520253035404550

データの標本標準偏差 s を求めなさい:53, 16, 14, 54, 54, 45, 50。

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 15 の正規分布に従います。88.75 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 70σ = 15x = 88.75
z =
5.確率ふつう
赤: 3青: 7

袋に赤玉 3 個と青玉 7 個が入っています。1 個目を戻さずに 2 個取り出します。2 個とも赤である確率 P はいくつですか?

3 / 7
P =
6.確率むずかしい
xp(x)10.2520.230.340.25μ

X は示された分布をもち、Y = 3X + 1 です。Y の標準偏差 σY を求めなさい。

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0.25, 0.2, 0.3, 0.25Y = 3X + 1
σY =
7.正規分布ふつう
−3−2−10123zz の右側の色つき面積 = 0.1562

標準正規曲線の下で、z の右側の色つき面積が 0.1562 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 = 0.1562
z =
8.正規分布むずかしい
35455565758595点下端 60%

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。色つきの下位 60% 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 = 65 点σ = 10 点60%
x = 点
9.信頼区間ふつう
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

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 125.5 h、既知の標準偏差 3 h。機種 2:60 台、平均 111.5 h、既知の標準偏差 8 h。 μ₁ − μ₂ の 99% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n₁ = 100x̄₁ = 125.5 hσ₁ = 3 hn₂ = 60x̄₂ = 111.5 hσ₂ = 8 h99%
E = h
10.信頼区間むずかしい
σ = 18, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 295%

母標準偏差は 18 です。平均の 95% 信頼区間の誤差の幅を 2 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 = 18E = 295%
n =
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−2.1312.131t = ?df = 15

16 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 −6.24、差の標準偏差は 6.4 です。H₀: μd = 0 の対応のある検定統計量 t を求めなさい。

n = 16d̄ = −6.24sd = 6.4
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
σ = 8, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 399%

平均の 99% 信頼区間の誤差の幅を 3 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 = 399%
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy249359458564669776xy246506070

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
xy337444545647751xy46404550ŷ = 40

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 = 40 と予測するのは、どの値 x のときですか?

n = 5ŷ = 40
x =
15.カイ二乗検定ふつう
はいいいえ合計男性7228100女性8238120合計15466220

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 × 2
χ² =
16.カイ二乗検定むずかしい
はいいいえ合計工場 A404080工場 B172340工場 C7525100合計13288220dfα = 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 = 0.05 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 = 2203 × 2α = 0.05
χ² =

3溶液

1.心理学研究法

答え: B · 層化抽出

これが答えになる理由

層化抽出は下位集団(層)を特定し、母集団での大きさに比例して各層から無作為に抽出するため、標本の代表性が高まります。

答え

B · 層化抽出
2.心理学研究法

答え: D · 予測変数が合わせて試験の得点の分散の 36% を説明している

これが答えになる理由

R² は、すべての予測変数を合わせて結果のばらつきのどれだけが説明されるかを示します。因果関係を確立するものではありません。

答え

D · 予測変数が合わせて試験の得点の分散の 36% を説明している
3.記述統計

答え: s = 17.95

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 = 286/7 = 40.86

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 12.14² + (−24.86)² + (−26.86)² + 13.14² + 13.14² + 4.143² + 9.143² = 1933

標準偏差

s = √(1933/6) = 17.95

答え

s = 17.95
4.記述統計

答え: z = 1.25

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 = (88.75 − 70)/15 = 1.25

答え

z = 1.25
5.確率

答え: P = 0.06667

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。

1 回目と 2 回目

P = 3/10 · 2/9 = 6/90 = 0.06667

答え

P = 0.06667
6.確率

答え: σY = 3.351

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。

X のばらつき

μ = 2.55, Var(X) = 1.248, σX = 1.117

一次変換

σY = |3|·1.117 = 3.351

答え

σY = 3.351

平均は変化します:E(Y) = 3·2.55 + 1 = 8.65。

7.正規分布

答え: z = 1.01

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 − 0.1562 = 0.8438

z 表を逆に読む

表の中で 0.8438 を見つけ、z を読み取ります。

z = 1.01

答え

z = 1.01
8.正規分布

答え: x = 67.5 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) = 0.6

表からの z

z ≈ 0.25

元の単位に戻す

x = 65 + 0.25·10 = 67.5 点

答え

x = 67.5 点
9.信頼区間

答え: E = 2.77 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 = 125.5 − 111.5 = 14

標準誤差

SE = √(3²/100 + 8²/60) = 1.075

誤差の幅

E = 2.576·1.075 = 2.77

答え

E = 2.77 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 = 312

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 = (1.96·18/2)² = 311.2

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 = 312

答え

n = 312
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = −3.9

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 = 6.4/√16 = 1.6

検定統計量

t = −6.24/1.6 = −3.9

答え

t = −3.9

df = 15 のとき、両側 5% の臨界値は 2.131 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 = 48

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 = (2.576·8/3)² = 47.19

切り上げる

n = 48

答え

n = 48
13.線形回帰と相関

答え: r² = 0.9462

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 = 27/6 = 4.5
ȳ = 375/6 = 62.5

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 85.5
Syy = Σ(y − ȳ)² = 441.5

決定係数

r² = 85.5²/(17.5·441.5) = 0.9462

答え

r² = 0.9462

y の変動の約 94.62% が直線で説明されます。

14.線形回帰と相関

答え: x = 3.452

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 = 224/5 = 44.8

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 31

回帰直線

b = 31/10 = 3.1
a = 44.8 − 3.1·5 = 29.3
ŷ = 29.3 + 3.1·x

x について解く

x = (40 − 29.3)/3.1 = 3.452

答え

x = 3.452
15.カイ二乗検定

答え: χ² = 0.3492

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

男性: 100·154/220 = 70, 100·66/220 = 30
女性: 120·154/220 = 84, 120·66/220 = 36

カイ二乗統計量

χ² = (72 − 70)²/70 + (28 − 30)²/30 + (82 − 84)²/84 + (38 − 36)²/36
χ² = 0.3492

答え

χ² = 0.3492

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: χ² = 17.81

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: 48, 32
工場 B: 24, 16
工場 C: 60, 40

カイ二乗統計量

χ² = (40 − 48)²/48 + (40 − 32)²/32 + (17 − 24)²/24 + (23 − 16)²/16 + (75 − 60)²/60 + (25 − 40)²/40
χ² = 17.81

判断

df = 2, χ²crit = 5.991
17.81 > 5.991

答え

χ² = 17.81

χ² は臨界値より大きいので、H₀ は棄却されます:変数の間には関連があるようです。

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