AI実装検定B級 ③ 数学:行列・集合・確率

数学分野の第二弾として、行列・集合・確率を扱う分野です(36問収録)。行列では和・差・実数倍・アダマール積・行列の積、単位行列、行列式(ad−bc)や三角行列の対角成分の積、逆行列、固有値を求めるdet(A−kE)=0が頻出です。集合では和集合・共通部分・補集合・差集合と記号(∪・∩)、要素数n(A)を、確率では確率の定義や0以上1以下の範囲、条件付き確率P(B|A)、正規分布と確率密度関数の積分を押さえます。計算規則と用語をセットで整理するのがコツです。

この分野の問題36問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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714個の行と2個の列をもつ行列の呼び方はどれか。

  1. A2×4行列
  2. B4×2行列
  3. C正方行列
  4. D成分行列
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正解:B4×2行列

行の個数が4個、列の個数が2個の行列は4×2行列という。

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72成分ごとの和や差を計算する演算は、行列のどのような演算か。

  1. A行列の積
  2. Bアダマール積
  3. C行列の和と差
  4. D逆行列
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正解:C行列の和と差

行列の和や差は成分ごとの計算となる。

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73成分ごとの積を計算する演算は何か。

  1. A行列の積
  2. B行列の和
  3. C逆行列
  4. Dアダマール積
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正解:Dアダマール積

行列の成分同士を直接掛け合わせる計算をアダマール積という。

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74対角成分上の成分がすべて1で、それ以外の成分がすべて0となる正方行列を何というか。

  1. A単位行列
  2. Bゼロ行列
  3. C逆行列
  4. D行列式
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正解:A単位行列

対角成分がすべて1、それ以外が0の行列を単位行列(E)という。

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75ある条件が成り立つものの集まりを何というか。

  1. Aベクトル
  2. B集合
  3. C行列
  4. D確率密度
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正解:B集合

ある条件を満たすものの集まりを集合という。

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76集合Aのすべての要素を含み、かつ集合Bのすべての要素を含む集合を何というか。

  1. A共通部分
  2. B補集合
  3. C和集合
  4. D差集合
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正解:C和集合

集合AとBを合わせた部分を和集合という。

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77集合Aと集合Bの両方に属する要素からなる集合を何というか。

  1. A和集合
  2. B補集合
  3. C差集合
  4. D共通部分
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正解:D共通部分

集合AとBの重なる部分を共通部分という。

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78ある集合Uに含まれる要素のうち、集合Aに含まれないものからなる集合を何というか。

  1. A補集合
  2. B和集合
  3. C共通部分
  4. D差集合
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正解:A補集合

集合Aに含まれないものを補集合という。

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80事象Aが起こらない事象を何というか。

  1. A補集合
  2. B絶対補
  3. C余事象
  4. D共通部分
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正解:C余事象

ある事象が起こらないことを余事象という。

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81行列 [[1,2],[3,4]] + [[5,6],[7,8]] の計算結果はどれか。

  1. A[[5,12],[21,32]]
  2. B[[4,4],[4,4]]
  3. C[[1,0],[0,1]]
  4. D[[6,8],[10,12]]
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正解:D[[6,8],[10,12]]

行列の和は成分ごとに足し合わせるので、1+5=6,2+6=8,3+7=10,4+8=12となる。

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82行列 5×[[1,2],[3,4]] の計算結果はどれか。

  1. A[[5,10],[15,20]]
  2. B[[5,2],[3,4]]
  3. C[[1,2],[15,20]]
  4. D[[6,7],[8,9]]
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正解:A[[5,10],[15,20]]

行列の実数倍は各成分をその数倍するので、各成分を5倍する。

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83行列 [[1,2],[3,4]] と [[5,6],[7,8]] のアダマール積の計算結果はどれか。

  1. A[[6,8],[10,12]]
  2. B[[5,12],[21,32]]
  3. C[[19,22],[43,50]]
  4. D[[4,4],[4,4]]
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正解:B[[5,12],[21,32]]

アダマール積は成分ごとの掛け算なので、1×5=5,2×6=12,3×7=21,4×8=32となる。

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84行列 [[1,2],[3,7]] の行列式 (det A) の値はどれか。

  1. A-1
  2. B13
  3. C1
  4. D-13
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正解:C1

2次正方行列の行列式はad-bcで計算し、1×7-2×3=1となる。

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87行列 [[1,2],[3,7]] の逆行列はどれか。

  1. A[[1,-2],[-3,7]]
  2. B[[7,-2],[-3,1]]
  3. C[[-7,2],[3,-1]]
  4. D[[1,3],[2,7]]
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正解:B[[7,-2],[-3,1]]

det A=1なので、逆行列の公式によりaとdを入れ替え、bとcの符号を反転して各成分を配置する。

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88全体集合 U={1,2,3,4,5,6}、集合 A={2,4,6} のとき、補集合はどれか。

  1. A{2,4,6}
  2. B{1,2,3,4,5,6}
  3. C{1,3,5}
  4. D{1,3,5,6}
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正解:C{1,3,5}

全体集合からAの要素を除いたものが補集合であり、Uから2,4,6を除くと{1,3,5}となる。

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89集合 A={2,4,6}、集合 B={4,5,6} の和集合はどれか。

  1. A{4,6}
  2. B{2,5}
  3. C{2,4,6}
  4. D{2,4,5,6}
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正解:D{2,4,5,6}

和集合はAとBのすべての要素を合わせたもので、{2,4,5,6}となる。

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90集合 A={2,4,6}、集合 B={4,5,6} の共通部分はどれか。

  1. A{4,6}
  2. B{2,4,5,6}
  3. C{2,5}
  4. D{2,4,6}
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正解:A{4,6}

共通部分はAとBの両方に含まれる要素で、{4,6}となる。

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91行列 A=[[1,4],[3,2]] の固有値を求めるための行列式の式として正しいものはどれか。

  1. Adet([[1,4-k],[3-k,2]])=0
  2. Bdet([[1-k,4],[3,2-k]])=0
  3. Cdet([[1+k,4],[3,2+k]])=0
  4. Ddet([[1,4],[3,2]])-k=0
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正解:Bdet([[1-k,4],[3,2-k]])=0

固有値はdet(A-kE)=0を解くことで求められ、対角成分からkを引く形になる。

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92行列 B=[[2,0,0],[7,1,0],[8,2,8]] の行列式の値はどれか。

  1. A10
  2. B11
  3. C16
  4. D8
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正解:C16

下三角行列の行列式は対角成分の積となるので2×1×8=16である。

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93行列の積 AB と BA について正しい記述はどれか。

  1. A常に一致する
  2. B行列の積は必ず存在しない
  3. C成分の積と同じである
  4. D一般に一致しない
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正解:D一般に一致しない

行列の積は交換法則が成り立たず、一般にABとBAは一致しない。

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94行列式 det A = 0 となるとき、行列Aについていえることはどれか。

  1. A逆行列が存在しない
  2. B逆行列が存在する
  3. C固有値が1である
  4. D単位行列である
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正解:A逆行列が存在しない

行列式が0の場合は逆行列が存在しない。

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95「AかつB」を表す集合の記号はどれか。

  1. AA ∪ B
  2. BA ∩ B
  3. CA ⊂ B
  4. DA ⊃ B
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正解:BA ∩ B

かつ(共通部分)は∩で表される。

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96「AまたはB」を表す集合の記号はどれか。

  1. AA ∩ B
  2. BA ⊂ B
  3. CA ∪ B
  4. DA ⊃ B
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正解:CA ∪ B

または(和集合)は∪で表される。

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97確率P(A)の定義として正しいものはどれか。

  1. A全事象の数÷Aが起こる数
  2. BAの補集合の数÷全事象の数
  3. CAとBの共通部分の数÷全事象の数
  4. DAが起こる数÷全事象の数
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正解:DAが起こる数÷全事象の数

確率はAが起こる場合の数を全事象の数で割ったもの。

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98条件付き確率P(B|A)を求める式として正しいものはどれか。

  1. AP(A∩B)/P(A)
  2. BP(A)/P(A∩B)
  3. CP(A∩B)/P(B)
  4. DP(B)/P(A∩B)
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正解:AP(A∩B)/P(A)

条件付き確率は、AとBがともに起こる確率を条件となる事象Aの確率で割って求める。

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99行列 A=[[1,3],[-1,2]] とベクトル b=[5,7] の積 Ab はどれか。

  1. A[9,26]
  2. B[26,9]
  3. C[26,-9]
  4. D[-26,9]
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正解:B[26,9]

1×5+3×7=26、-1×5+2×7=9となるので[26,9]。

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100上三角行列や下三角行列の行列式の値はどのように求められるか。

  1. A成分の総和
  2. B対角成分の和
  3. C対角成分の積
  4. D成分の最大値
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正解:C対角成分の積

上三角行列や下三角行列の行列式は対角成分の積となる。

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101集合Aの個数を表す記号として正しいものはどれか。

  1. AN(A)
  2. B#(A)
  3. CC(A)
  4. Dn(A)
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正解:Dn(A)

集合の個数(number)はn(A)で表す。

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102正規分布において、グラフとx軸の間の面積は何を表すか。

  1. A確率
  2. B平均
  3. C分散
  4. D標準偏差
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正解:A確率

正規分布では曲線とx軸の間の面積が確率に対応する。

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103確率密度関数f(x)を用いて区間[a,b]の確率を求める式として正しいものはどれか。

  1. A区間[a,b]でf(x)を総和する
  2. B区間[a,b]でf(x)を積分する
  3. C区間[0,∞]でf(x)を積分する
  4. D区間[a,b]でf(x)を総乗する
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正解:B区間[a,b]でf(x)を積分する

連続型確率変数の確率は確率密度関数を区間で積分して求められる。

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104確率P(A)の値の範囲として正しいものはどれか。

  1. A1以上
  2. B0以下
  3. C0以上1以下
  4. D負の値もとる
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正解:C0以上1以下

確率は0から1の範囲の値をとる。

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105集合において「差集合」は別名何と呼ばれるか。

  1. A共通部分
  2. B和集合
  3. C補集合
  4. D相対補集合
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正解:D相対補集合

相対補集合は差集合とも呼ばれる。

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106条件付き確率P(B|A)において、分母(割る数)にくるものはどれか。

  1. A条件となる事象Aが起こる確率
  2. B全事象の確率
  3. C事象Bが起こる確率
  4. DAとBがともに起こる確率
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正解:A条件となる事象Aが起こる確率

条件付き確率P(B|A)は、AとBがともに起こる確率を条件となる事象Aの確率で割って求めるため、分母は事象Aの確率となる。

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