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

新しいうつ病の質問紙が、翌年にどの学生が治療を求めるかを予測します。これはどの種類の妥当性を支持しますか?

  1. A予測的妥当性
  2. B併存的妥当性
  3. C表面的妥当性
  4. D内容的妥当性
2.心理学研究法むずかしい

参加者は薬か砂糖の錠剤を服用しますが、どちらかを知りません。一方、研究者は知っています。これはどのデザインで、どのようなバイアスが残りえますか?

  1. A単盲検。要求特性はありえない
  2. B非盲検試験。プラセボ効果は完全に統制されている
  3. C単盲検。実験者バイアスはまだありうる
  4. D二重盲検。バイアスはありえない
3.記述統計ふつう
15202530354045505560

データの標本標準偏差 s を求めなさい:56, 27, 46, 15, 28, 60。

n = 6
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

試験の点数は平均 100、標準偏差 5 の正規分布に従います。105 点の z スコア z を求めなさい。

μ = 100σ = 5x = 105
z =
5.確率ふつう
n = 8k = 2N = ?

8 人のグループから 2 人の委員会を選ぶ方法 N は何通りですか?順序は問いません。

n = 8k = 2
N =
6.確率むずかしい
€p(x)−50.78200.2450.02

ゲームの参加費は €5 です。確率 0.2 で €25、確率 0.02 で €50 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 = €5€25: p = 0.2€50: p = 0.02
E(G) = €
7.正規分布ふつう
55.575P = ?

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。55.5 から 75 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 = 55.5x2 = 75
P =
8.正規分布むずかしい
μ = 100x = ?75%

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。全体の 75% がそれより下にある値 x(第 75 パーセンタイル)を求めなさい。

μ = 100σ = 15P = 75%
x = 点
9.信頼区間ふつう
x̄E₁ = 1.995%, n = 64x̄E₂ = ?90%, n = 16

σ が既知のもとで 64 個の観測値に基づく平均の 95% 信頼区間の誤差の幅は 1.9 です。 16 個の観測値に基づく 90% 区間の誤差の幅 E₂ はいくらですか?

95%n₁ = 64E₁ = 1.990%n₂ = 16
E₂ =
10.信頼区間むずかしい
μ₁ − μ₂, t(20) = 2.8450LU = ?x̄₁ − x̄₂E99%

2 種類の肥料を試験します。区画群 1:17 区画、平均収量 26.5 kg、標準偏差 4.5 kg。区画群 2:5 区画、平均 35 kg、標準偏差 7 kg。等分散を仮定します(プールした t、df = n₁ + n₂ − 2)。 μ₁ − μ₂ の 99% 信頼区間の上限を求めなさい。

n₁ = 17x̄₁ = 26.5s₁ = 4.5n₂ = 5x̄₂ = 35s₂ = 799%t(20) = 2.845
上限 = kg
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 118.2、標本標準偏差は 10 です。H₀: μ = 120 に対する検定統計量 t を求めなさい。

μ₀ = 120x̄ = 118.2s = 10n = 100
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
z −1.9601.96

81 回の測定の標本平均は 117.6 です。母標準偏差は 8 です。平均の 95% 信頼区間の上限 U を求めなさい。

x̄ = 117.6σ = 8n = 8195%
U =
13.線形回帰と相関ふつう
xy125220323419519xy24202224

表は x = 車の年数(年) と y = 価格(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
xy122220317417514612xy2461520x = 3.5

表は x = 車の年数(年) と y = 価格(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。 x = 3.5 のときの ŷ を予測しなさい。

n = 6x = 3.5
ŷ =
15.カイ二乗検定ふつう
改善あり改善なし合計新薬166480プラセボ324880合計48112160

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 × 2
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)。 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: A · 予測的妥当性

これが答えになる理由

予測的妥当性は、得点が後の基準を予測するときに示されます。併存的妥当性は同時に測定された基準を使います。

答え

A · 予測的妥当性
2.心理学研究法

答え: C · 単盲検。実験者バイアスはまだありうる

これが答えになる理由

単盲検デザインでは参加者が自分の条件を知らないため、プラセボへの期待は統制されます。研究者の知識はまだ結果に影響しうるため、二重盲検デザインが好まれます。

答え

C · 単盲検。実験者バイアスはまだありうる
3.記述統計

答え: s = 18

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 = 232/6 = 38.67

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 17.33² + (−11.67)² + 7.333² + (−23.67)² + (−10.67)² + 21.33² = 1619

標準偏差

s = √(1619/5) = 18

答え

s = 18
4.記述統計

答え: z = 1

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 = (105 − 100)/5 = 1

答え

z = 1
5.確率

答え: N = 28

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。

組合せ

C(8, 2) = (8·7)/(2·1) = 28

答え

N = 28
6.確率

答え: E(G) = 1 €

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: 20 (p = 0.2), 45 (p = 0.02), −5 (p = 0.78)

期待値

E(G) = 20·0.2 + 45·0.02 − 5·0.78 = 1 €

答え

E(G) = 1 €

正の値は、平均して得をすることを意味します。

7.正規分布

答え: P = 0.6703

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 = (55.5 − 65)/10 = −0.95
z₂ = (75 − 65)/10 = 1

間の面積

P = Φ(1) − Φ(−0.95) = 0.8413 − 0.1711 = 0.6703

答え

P = 0.6703
8.正規分布

答え: x = 110.1 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) = 0.75 → z = 0.6745

x に戻す

x = 100 + 0.6745·15 = 110.12 点

答え

x = 110.12 点
9.信頼区間

答え: E₂ = 3.189

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 = (1.645/1.96)·√(64/16) = 1.679

新しい誤差の幅

E₂ = 1.9·1.679 = 3.189

答え

E₂ = 3.189
10.信頼区間

答え: 上限 = −1.12 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 = (16·4.5² + 4·7²)/20 = 26
sp = 5.099

誤差の幅

E = 2.845·5.099·√(1/17 + 1/5) = 7.38

区間

−8.5 ± 7.38 → [−15.88, −1.12]

答え

上限 = −1.12 kg
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = −1.8

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 = 10/√100 = 10/10 = 1

検定統計量

t = (118.2 − 120)/1 = −1.8

答え

t = −1.8
t0.025; df = 99 = 1.984

|t| < 1.984 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されません。

12.仮説検定と信頼区間

答え: U = 119.3

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 = 1.96·8/√81 = 1.742

区間の端

U = 117.6 + 1.742 = 119.3

答え

U = 119.3
13.線形回帰と相関

答え: r² = 0.5868

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 = 15/5 = 3
ȳ = 106/5 = 21.2

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −13
Syy = Σ(y − ȳ)² = 28.8

決定係数

r² = −13²/(10·28.8) = 0.5868

答え

r² = 0.5868

y の変動の約 58.68% が直線で説明されます。

14.線形回帰と相関

答え: ŷ = 17

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 = 21/6 = 3.5
ȳ = 102/6 = 17

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −34

回帰直線

b = −34/17.5 = −1.943
a = 17 − (−1.943)·3.5 = 23.8
ŷ = 23.8 − 1.943·x

予測

ŷ = 23.8 + (−1.943)·3.5 = 17

答え

ŷ = 17
15.カイ二乗検定

答え: χ² = 7.619

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

新薬: 80·48/160 = 24, 80·112/160 = 56
プラセボ: 80·48/160 = 24, 80·112/160 = 56

カイ二乗統計量

χ² = (16 − 24)²/24 + (64 − 56)²/56 + (32 − 24)²/24 + (48 − 56)²/56
χ² = 7.619

答え

χ² = 7.619

df = 1。α = 0.05 での臨界値は 3.841 なので、H₀(独立)は棄却される。

16.カイ二乗検定

答え: df = 8

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 = 8

答え

df = 8

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