Python3エンジニア認定データ分析試験 ② 数学の基礎

教科書3章にあたり、シグマ記号や添字といった数式表記の読み方、線形代数(ベクトルと行列の積、単位行列、逆行列、行列式)、基礎解析(微分・積分、偏微分、関数の傾き)、確率と統計(確率の基本、期待値、平均・分散・標準偏差、正規分布、相関係数)を扱う。公式の出題範囲では合計6問・15%。複雑な計算を解かせるより、用語と定義が結びついているか、式が何を表すか読めるかを問う設問が中心。つまずきどころは行列積が成立する次元の条件と、分散・標準偏差・共分散・相関係数の関係、そして微分が機械学習の最適化にどうつながるかの理解。

この分野の問題35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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33ギリシャ文字「Σ」の一般的な読み方として正しいものはどれか。

  1. Aオメガ
  2. Bガンマ
  3. Cデルタ
  4. Dシグマ
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正解:Dシグマ

Σはギリシャ文字の大文字シグマで、総和を表す記号として使われます。

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34ある要素xが集合Sに属していることを表す数式はどれか。

  1. Ax ⊂ S
  2. Bx ∪ S
  3. Cx ∈ S
  4. Dx ∉ S
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正解:Cx ∈ S

要素が集合に属していることを「x ∈ S」と表現します。

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352つの集合AとBの共通部分(積集合)を表す記号はどれか。

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

共通部分は「A ∩ B」という記号で表現され、積集合と呼ばれます。

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36ギリシャ文字の大文字「Π」を用いた記号が表す計算はどれか。

  1. A行列の分解
  2. B微分の計算
  3. C足し算の繰り返し
  4. D掛け算の繰り返し
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正解:D掛け算の繰り返し

「Π」はすべてを掛け合わせるという処理(掛け算の繰り返し)を表します。

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37階乗を表す記号「!」について、0!の値として定められているものはどれか。

  1. A1
  2. B無限大
  3. C計算不能
  4. D0
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正解:A1

「0! = 1」と定められています。

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38ネイピア数(自然対数の底)を表す記号として正しいものはどれか。

  1. Ae
  2. Bi
  3. Clog
  4. Dπ
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正解:Ae

ネイピア数はeで表現されます。

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39底が1より大きな指数関数 f(x) = a^x (a>1) において、x=0の時の関数の値はいくつか。

  1. A1
  2. Ba
  3. C無限大
  4. D0
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正解:A1

特にx=0の時は、底の値にかかわらず、関数の値は1になります。

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40シグモイド関数について、xが非常に小さな数(負で絶対値が大きい数)になったとき、関数の値はどれに限りなく近づくか。

  1. A0
  2. B0.5
  3. C1
  4. D-1
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正解:A0

xが非常に小さな数になると、関数の値は限りなく0に近づいていきます。

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41対数関数において、底がネイピア数eであるものを特に何と呼ぶか。

  1. A指数対数
  2. B常用対数
  3. C自然対数
  4. D底対数
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正解:C自然対数

底がネイピア数の時を特に自然対数と呼びます。

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42直角三角形を用いた三角関数の定義において、tanθ を sinθ と cosθ を用いて表した式はどれか。

  1. A1 / (sinθ * cosθ)
  2. Bsinθ / cosθ
  3. Ccosθ / sinθ
  4. Dsinθ * cosθ
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正解:Bsinθ / cosθ

「tanθ = sinθ / cosθ」と定義されます。

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43ベクトルの足し算について正しい説明はどれか。

  1. Aスカラーとベクトルを足し合わせる計算である
  2. B要素同士の数の足し算であり要素の数が同じベクトルの間でしか計算できない
  3. C要素同士を掛け合わせる計算である
  4. D要素の数が異なるベクトル同士でも計算できる
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正解:B要素同士の数の足し算であり要素の数が同じベクトルの間でしか計算できない

ベクトルの足し算は要素同士の数の足し算で、要素の数が同じベクトルの間でしか計算できません。

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44ベクトルの各要素の絶対値を足し合わせることで距離を測るノルムを何と呼ぶか。

  1. AL2ノルム
  2. Bマンハッタン距離
  3. Cユークリッド距離
  4. Dドット積
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正解:Bマンハッタン距離

各要素の絶対値を足し合わせる方法をマンハッタン距離(L1ノルム)と呼びます。

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452つのベクトルの内積について、その計算結果はどのような形式になるか。

  1. Aベクトル
  2. B行列
  3. Cスカラー
  4. Dテンソル
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正解:Cスカラー

ベクトルの内積はドットを使って表現し、計算結果はスカラーになります。

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46正方行列のうち、左上から右下への対角線上の成分がすべて1で、残りの要素が0の行列を何と呼ぶか。

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

当該の行列を「単位行列」と呼びます。

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47行列の掛け算について、正しい説明はどれか。

  1. A掛け合わせる行列は必ず同じサイズでなければならない
  2. B数値の掛け算と同様に常に順番を入れ替えても結果は同じである
  3. C順番を入れ替えると結果が同じになるとは限らない
  4. D常にスカラーが結果として返る
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正解:C順番を入れ替えると結果が同じになるとは限らない

行列の掛け算は順番を入れ替えると結果が同じになるとは限りません。

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48関数の積分が表す意味として、最も適切なものはどれか。

  1. A変数の変化率
  2. Bベクトルの長さ
  3. C接線の傾き
  4. D領域の面積
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正解:D領域の面積

積分は囲まれた領域の面積を求めることと同じ意味です。

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49関数の微分が表す意味として、最も適切なものはどれか。

  1. A変数の総和
  2. B絶対値の大きさ
  3. C接線の傾き
  4. D領域の面積
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正解:C接線の傾き

微分は接線の傾きに相当します。

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51関数 f(x) = x^n をxで微分した結果はどうなるか。

  1. Ax^(n+1) / (n+1)
  2. Bn * x^(n+1)
  3. Cn * x^(n-1)
  4. Dx^(n-1) / n
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正解:Cn * x^(n-1)

「f'(x) = n * x^(n-1)」と定義されます。

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52自然対数 log(x) を微分した結果として正しいものはどれか。

  1. Ae^x
  2. B-sin(x)
  3. Cx
  4. D1 / x
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正解:D1 / x

自然対数を微分すると 1/x になります。

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53多変数関数において、ある1つの変数にだけ注目し、他の変数を定数とみなして微分することを何と呼ぶか。

  1. A導関数
  2. B定積分
  3. C全微分
  4. D偏微分
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正解:D偏微分

多変数関数の微分を「偏微分」と呼びます。

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54データの中で最も頻繁に出現する値を表す代表値はどれか。

  1. A標準偏差
  2. B平均値
  3. C中央値
  4. D最頻値
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正解:D最頻値

最も頻繁に出現するデータは最頻値(mode)です。

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55データの個数が偶数の場合、中央値はどのように計算されるか。

  1. A最も大きい値を選ぶ
  2. B中間に位置する2つのデータを平均する
  3. C中間に位置する2つのデータを掛け合わせる
  4. D最も小さい値を選ぶ
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正解:B中間に位置する2つのデータを平均する

データの個数が偶数の場合は中間に位置する2つのデータを平均した値とします。

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56第1四分位数から第3四分位数までの範囲を何と呼ぶか。

  1. A四分位範囲 (IQR)
  2. B自由度
  3. C標準偏差
  4. D共分散
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正解:A四分位範囲 (IQR)

第3四分位数と第1四分位数の差を四分位範囲(IQR)と呼びます。

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57不偏分散を計算する際、分散の式におけるデータの個数nの代わりに何で割るか。

  1. An - 2
  2. Bn + 1
  3. Cn - 1
  4. Dn^2
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正解:Cn - 1

不偏分散はデータの個数nではなく「n-1」(自由度)で割ります。

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58箱ひげ図において、箱の高さは何を表しているか。

  1. A第3四分位数から第1四分位数を引いた四分位範囲 (IQR)
  2. Bデータの平均値
  3. C分散
  4. Dデータの最大値と最小値の差
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正解:A第3四分位数から第1四分位数を引いた四分位範囲 (IQR)

箱の高さは、第3四分位数から第1四分位数を引いたIQRになります。

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59あるサンプルに関して2種類以上のデータがある場合、それらを縦軸と横軸に割り当てて点の集まりとして描画した図を何と呼ぶか。

  1. Aヒストグラム
  2. B散布図
  3. C箱ひげ図
  4. D円グラフ
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正解:B散布図

2種類のデータを軸に割り当てたものを散布図(scatter plot)と呼びます。

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60相関係数がとりうる値の範囲として正しいものはどれか。

  1. A-1 から 1 の間
  2. B-∞ から ∞ の間
  3. C0 から 100 の間
  4. D0 から 1 の間
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正解:A-1 から 1 の間

相関係数は必ず「-1 ≤ r ≤ 1」の間で変化します。

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61ピアソンの積率相関係数とは別に、数値データがなくてもデータの順番にだけ注目して計算される相関係数を何と呼ぶか。

  1. Aスピアマンの順位相関係数
  2. Bガウスの相関係数
  3. Cユークリッドの相関係数
  4. Dネイピアの相関係数
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正解:Aスピアマンの順位相関係数

データの順番にだけ注目して計算される相関係数をスピアマンの順位相関係数と呼びます。

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62事象Aが起きたという条件のもとで、事象Bが起きる確率を求めるものを何と呼ぶか。

  1. A絶対確率
  2. B条件付き確率
  3. C結合確率
  4. D全確率
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正解:B条件付き確率

事象Aが起きた条件のもとで事象Bが起きる確率を条件付き確率と呼びます。

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63確率変数とその確率を掛け合わせてすべて足したものを何と呼ぶか。

  1. A標準偏差
  2. B期待値
  3. C共分散
  4. D分散
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正解:B期待値

確率変数と確率を掛け合わせてすべて足したものを期待値と呼びます。

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64確率変数が連続的(とびとびの値ではない)である場合、変数と確率の対応関係を表す関数を何と呼ぶか。

  1. A正規分布関数
  2. B指数関数
  3. C確率質量関数
  4. D確率密度関数
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正解:D確率密度関数

連続的な確率変数の場合は確率密度関数と呼ばれます。

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65正規分布(ガウス分布)のグラフの形状として適切な表現はどれか。

  1. A右肩上がりの直線
  2. B左右対称の釣り鐘型
  3. C周期的な波型
  4. DU字型
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正解:B左右対称の釣り鐘型

正規分布のグラフは左右対称の釣り鐘型になっています。

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66標準正規分布は、平均と分散がそれぞれどのような値を持つ分布か。

  1. A平均0、分散0
  2. B平均1、分散1
  3. C平均0、分散1
  4. D平均1、分散0
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正解:C平均0、分散1

平均が0で、分散が1の分布を標準正規分布と呼びます。

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67確率密度関数について、正しい説明はどれか。

  1. A関数の積分がある区間に関する確率を与えてくれる
  2. B関数の値は常に1以上である
  3. Cすべての確率密度関数は必ず原点を通る
  4. Dxを代入した時の関数の値がそのまま確率となる
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正解:A関数の積分がある区間に関する確率を与えてくれる

連続的な確率変数では関数の値自体は確率ではなく、確率密度関数の積分がある区間に関する確率を与えます。

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