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

内容分析で評定者間信頼性を確かめるにはどうしますか?

  1. Aより大きな資料の標本を使う
  2. B研究者による資料のコード化が正しいかを、後から参加者に尋ねる
  3. C2 人の研究者に同じ資料をコード化させ、結果を比較する
  4. D同じ日に資料を 2 回コード化する
2.心理学研究法むずかしい

ある「知能」テストは、主に人がどれだけ速くタイプできるかを測っています。最も明らかに欠けている妥当性はどれですか?

  1. A内的一貫性
  2. B再検査信頼性
  3. C評定者間信頼性
  4. D構成概念妥当性
3.記述統計ふつう
101520253035404550

データの標本標準偏差 s を求めなさい:50, 47, 35, 53, 10, 48, 54。

n = 7
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

試験の点数は平均 500、標準偏差 50 の正規分布に従います。400 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 500σ = 50x = 400
z =
5.確率ふつう
xp(x)00.3510.320.35μ = 1

示された分布について、X の分散 Var(X) を求めなさい。

x: 0, 1, 2p(x): 0.35, 0.3, 0.35
Var(X) =
6.確率むずかしい
n = 8, p = 0.4: P(X = 4) = ?k012345678

あるテストには選択問題が 8 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 0.4 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 = 8p = 0.4k = 4
P =
7.正規分布ふつう
32 min30.8 minX + Y?

X は平均 12 min、標準偏差 1.5 min の正規分布に従い、Y は X と独立で、平均 20 min、標準偏差 2 min の正規分布に従います。X + Y が 30.8 min 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。

μX = 12, σX = 1.5μY = 20, σY = 2X + Y > 30.8 min
P =
8.正規分布むずかしい
157164171178185192199cm下端 15%

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 15% 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 cm15%
x = cm
9.信頼区間ふつう
x̄E₁ = 10.690%, n = 36x̄E₂ = ?99%, n = 144

σ が既知のもとで 36 個の観測値に基づく平均の 90% 信頼区間の誤差の幅は 10.6 です。 144 個の観測値に基づく 99% 区間の誤差の幅 E₂ はいくらですか?

90%n₁ = 36E₁ = 10.699%n₂ = 144
E₂ =
10.信頼区間むずかしい
σ = 11, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 390%

母標準偏差は 11 です。平均の 90% 信頼区間の誤差の幅を 3 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 = 11E = 390%
n =
11.仮説検定と信頼区間ふつう
t −1.98401.984

学生 100 人の標本の平均点は 71.28、標本標準偏差は 12 です。H₀: μ = 75 に対する検定統計量 t を求めなさい。

μ₀ = 75x̄ = 71.28s = 12n = 100
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
z −2.57602.576

64 回の測定の標本平均は 101.4 です。母標準偏差は 4 です。平均の 99% 信頼区間の上限 U を求めなさい。

x̄ = 101.4σ = 4n = 6499%
U =
13.線形回帰と相関ふつう
xy16751988221032512828145xy2025100150

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。 最小二乗直線の決定係数 r² を求めなさい。

n = 5
r² =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy24496168221028xy510102030x = 9

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。 最小二乗直線 ŷ = a + b·x を用います。 x = 9 のときの ŷ を予測しなさい。

n = 5x = 9
ŷ =
15.カイ二乗検定ふつう
バス自転車車合計学生28402593職員9273470合計376759163

分割表は観測度数を示しています。カイ二乗独立性検定のために、セル「職員、車」の期待度数 E を求めなさい。

行の合計 = 70列の合計 = 59N = 163
E =
16.カイ二乗検定むずかしい
はいいいえ合計ライン 1241640ライン 2243660ライン 35248100合計100100200dfα = 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 = 2003 × 2α = 0.01
χ² =

3溶液

1.心理学研究法

答え: C · 2 人の研究者に同じ資料をコード化させ、結果を比較する

これが答えになる理由

独立したコーダーが同じデータに似たコードをつければ(一致率や相関が高ければ)、そのコード化の枠組みは信頼できます。

答え

C · 2 人の研究者に同じ資料をコード化させ、結果を比較する
2.心理学研究法

答え: D · 構成概念妥当性

これが答えになる理由

構成概念妥当性は、測定が根底にある構成概念を本当に反映しているかどうかです。テストは信頼性が高くても、間違ったものを測っていることがあります。

答え

D · 構成概念妥当性
3.記述統計

答え: s = 15.61

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 = 297/7 = 42.43

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 7.571² + 4.571² + (−7.429)² + 10.57² + (−32.43)² + 5.571² + 11.57² = 1462

標準偏差

s = √(1462/6) = 15.61

答え

s = 15.61
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 = (400 − 500)/50 = −2

答え

z = −2
5.確率

答え: Var(X) = 0.7

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 = 0·0.35 + 1·0.3 + 2·0.35 = 1

2 乗の平均

E(X²) = 0·0.35 + 1·0.3 + 4·0.35 = 1.7

分散

Var(X) = 1.7 − 1² = 0.7

答え

Var(X) = 0.7
6.確率

答え: P = 0.2322

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) = 70·0.44·0.64 = 70·0.0256·0.1296 = 0.2322

答え

P = 0.2322
7.正規分布

答え: P = 0.6844

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。

和の分布

μ = 32 min, σ = √(1.5² + 2²) = 2.5 min

標準化する

z = (30.8 − 32)/2.5 = −0.48

上側確率

P = 1 − Φ(−0.48) = 1 − 0.3156 = 0.6844

答え

P = 0.6844
8.正規分布

答え: x = 170.7 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) = 0.15

表からの z

z ≈ −1.04

元の単位に戻す

x = 178 − 1.04·7 = 170.7 cm

答え

x = 170.7 cm
9.信頼区間

答え: E₂ = 8.3

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1.645 (90%), 1.96 (95%), 2.576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

誤差の幅の比

E₂/E₁ = (2.576/1.645)·√(36/144) = 0.783

新しい誤差の幅

E₂ = 10.6·0.783 = 8.3

答え

E₂ = 8.3
10.信頼区間

答え: n = 37

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 = (1.645·11/3)² = 36.38

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 = 37

答え

n = 37
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = −3.1

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 = 12/√100 = 12/10 = 1.2

検定統計量

t = (71.28 − 75)/1.2 = −3.1

答え

t = −3.1
t0.025; df = 99 = 1.984

|t| > 1.984 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: U = 102.7

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。

誤差の幅

E = 2.576·4/√64 = 1.288

区間の端

U = 101.4 + 1.288 = 102.7

答え

U = 102.7
13.線形回帰と相関

答え: r² = 0.987

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 = 110/5 = 22
ȳ = 539/5 = 107.8

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 540
Syy = Σ(y − ȳ)² = 3283

決定係数

r² = 540²/(90·3283) = 0.987

答え

r² = 0.987

y の変動の約 98.7% が直線で説明されます。

14.線形回帰と相関

答え: ŷ = 24.95

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 = 79/5 = 15.8

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 122

回帰直線

b = 122/40 = 3.05
a = 15.8 − 3.05·6 = −2.5
ŷ = −2.5 + 3.05·x

予測

ŷ = −2.5 + 3.05·9 = 24.95

答え

ŷ = 24.95
15.カイ二乗検定

答え: E = 25.34

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

E = 70·59/163 = 25.34

答え

E = 25.34
16.カイ二乗検定

答え: χ² = 4.16

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

ライン 1: 20, 20
ライン 2: 30, 30
ライン 3: 50, 50

カイ二乗統計量

χ² = (24 − 20)²/20 + (16 − 20)²/20 + (24 − 30)²/30 + (36 − 30)²/30 + (52 − 50)²/50 + (48 − 50)²/50
χ² = 4.16

判断

df = 2, χ²crit = 9.210
4.16 < 9.210

答え

χ² = 4.16

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。

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