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

ほぼ正規分布する間隔尺度のデータで、2 つの独立した群の平均を比較するのに適した検定はどれですか?

  1. A独立した 2 群の t 検定
  2. Bカイ二乗検定
  3. Cウィルコクソンの符号付順位検定
  4. Dピアソンの相関
2.心理学研究法むずかしい

研究者が質問紙、インタビュー、観察を使って職場のストレスを研究し、知見が一致しました。このアプローチを何と呼びますか?

  1. A追試
  2. Bトライアンギュレーション
  3. C層化
  4. Dカウンターバランス
3.記述統計ふつう
2025303540455055

データの標本標準偏差 s を求めなさい:43, 59, 48, 20, 24。

n = 5
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 20 の正規分布に従います。50 より小さい値の割合 P はいくつですか?

μ = 60σ = 20x = 50
P =
5.確率ふつう
xp(x)00.0510.220.3530.3540.05μ = 2.15

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, 2, 3, 4p(x): 0.05, 0.2, 0.35, 0.35, 0.05
σ =
6.確率むずかしい
n = 12, p = 0.1: P(X = 5) = ?k0123456789101112

あるテストには選択問題が 12 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 0.1 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 = 12p = 0.1k = 5
P =
7.正規分布ふつう
100.75122.5P = ?

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 122.5 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 = 122.5
P =
8.正規分布むずかしい
35455565758595点上端 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。色つきの上位 80% が右側になるように、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80%
x = 点
9.信頼区間ふつう
n = 20, sd​ = 3.80LUd̄ = 1.2E = ?95%

20 人の患者の血圧を治療の前後に測定します。差 d = 前 − 後(mmHg)の平均は 1.2、標準偏差は 3.8 です。 差の平均の 95% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n = 20d̄ = 1.2sd = 3.895%t(19) = 2.093
E = mmHg
10.信頼区間むずかしい
σ = 35, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 599%

母標準偏差は 35 です。平均の 99% 信頼区間の誤差の幅を 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 = 35E = 599%
n =
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−0.9p = ?

ある母集団の平均は 100 であると主張されています。母標準偏差は 32 であることがわかっています。64 個の観測値からなる無作為標本の平均は 96.4 です。H₀: μ = 100 対 H₁: μ < 100 を検定します。p 値 p を求めなさい。

μ₀ = 100σ = 32n = 64x̄ = 96.4H₁: μ < μ₀
p =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0.599%

平均の 99% 信頼区間の誤差の幅を 0.5 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 10 です。最小の標本サイズ n を求めなさい。

σ = 10E = 0.599%
n =
13.線形回帰と相関ふつう
xy145916541873208322872491xy1520256080

表は x = 気温 (°C) と y = アイスクリームの販売数 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 = 114Σy = 447Σx² = 2236Σy² = 34465Σxy = 8762
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy129230343441549653xy246304050ŷ = 42

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 = 42 と予測するのは、どの値 x のときですか?

n = 6ŷ = 42
x =
15.カイ二乗検定ふつう
バス自転車車合計学生8203260職員10282260合計184854120

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 = 1202 × 3
χ² =
16.カイ二乗検定むずかしい

2 行 2 列(合計を除く)の分割表について、カイ二乗独立性検定を行います。 この検定の自由度 df はいくつですか?

2 × 2
df =

3溶液

1.心理学研究法

答え: A · 独立した 2 群の t 検定

これが答えになる理由

独立した 2 群の t 検定は 2 つの群の平均を比較します。カイ二乗検定は度数に、ウィルコクソン検定はノンパラメトリックなデータの対応のある標本に使います。

答え

A · 独立した 2 群の t 検定
2.心理学研究法

答え: B · トライアンギュレーション

これが答えになる理由

トライアンギュレーションは、複数の方法、情報源、研究者を用います。それらが一致すると、知見の妥当性への確信が高まります。

答え

B · トライアンギュレーション
3.記述統計

答え: s = 16.45

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 = 194/5 = 38.8

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 4.2² + 20.2² + 9.2² + (−18.8)² + (−14.8)² = 1083

標準偏差

s = √(1083/4) = 16.45

答え

s = 16.45
4.記述統計

答え: P = 0.3085

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 = −0.5

標準正規分布表

Φ(−0.5) = 0.3085
P = 0.3085

答え

P = 0.3085
5.確率

答え: σ = 0.9631

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 = 0·0.05 + 1·0.2 + 2·0.35 + 3·0.35 + 4·0.05 = 2.15

2 乗の平均

E(X²) = 0·0.05 + 1·0.2 + 4·0.35 + 9·0.35 + 16·0.05 = 5.55

分散

Var(X) = 5.55 − 2.15² = 0.9275
σ = √0.9275 = 0.9631

答え

σ = 0.9631
6.確率

答え: P = 0.003788

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) = 792·0.15·0.97 = 792·1 × 10⁻⁵·0.4783 = 0.003788

答え

P = 0.003788
7.正規分布

答え: P = 0.4133

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 = (122.5 − 100)/15 = 1.5

間の面積

P = Φ(1.5) − Φ(0.05) = 0.9332 − 0.5199 = 0.4133

答え

P = 0.4133
8.正規分布

答え: x = 56.6 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) = 0.2

表からの z

z ≈ −0.84

元の単位に戻す

x = 65 − 0.84·10 = 56.6 点

答え

x = 56.6 点
9.信頼区間

答え: E = 1.778 mmHg

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.

臨界値

df = 19, t = 2.093

誤差の幅

E = 2.093·3.8/√20 = 1.778

答え

E = 1.778 mmHg
10.信頼区間

答え: n = 326

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 = (2.576·35/5)² = 325.2

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 = 326

答え

n = 326
11.仮説検定と信頼区間

答え: p = 0.1841

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 = 32/√64 = 4
z = (96.4 − 100)/4 = −0.9

裾の面積

Φ(0.9) = 0.8159
1 − Φ(0.9) = 0.1841

p 値

p = 0.1841

答え

p = 0.1841

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 = 2655

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 = (2.576·10/0.5)² = 2654

切り上げる

n = 2655

答え

n = 2655
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9426

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 = 8762 − 114·447/6 = 269
Sxx = 2236 − 114²/6 = 70
Syy = 34465 − 447²/6 = 1164

相関係数

r = 269/√(70·1164) = 0.9426

答え

r = 0.9426
14.線形回帰と相関

答え: x = 3.733

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 = 245/6 = 40.83

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 87.5

回帰直線

b = 87.5/17.5 = 5
a = 40.83 − 5·3.5 = 23.33
ŷ = 23.33 + 5·x

x について解く

x = (42 − 23.33)/5 = 3.733

答え

x = 3.733
15.カイ二乗検定

答え: χ² = 3.407

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

学生: 60·18/120 = 9, 60·48/120 = 24, 60·54/120 = 27
職員: 60·18/120 = 9, 60·48/120 = 24, 60·54/120 = 27

カイ二乗統計量

χ² = (8 − 9)²/9 + (20 − 24)²/24 + (32 − 27)²/27 + (10 − 9)²/9 + (28 − 24)²/24 + (22 − 27)²/27
χ² = 3.407

答え

χ² = 3.407

df = 2。α = 0.05 での臨界値は 5.991 なので、H₀(独立)は棄却されない。

16.カイ二乗検定

答え: df = 1

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 = (2 − 1)·(2 − 1) = 1

答え

df = 1

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