QC検定®2級 ② 統計的方法の基礎

検定・推定を理解するために不可欠な確率と分布の基礎を学ぶ分野です。期待値E(X)や分散V(X)の性質、確率変数の和や差の計算、独立性、正規分布・二項分布・ポアソン分布などの代表的な分布、正規分布の標準化が頻出テーマです。E(aX+b)やV(aX+b)といった線形変換の公式は計算問題で繰り返し問われます。数式の暗記だけでなく、なぜその式になるかを理解しておくと、実データへの応用や検定統計量の導出がスムーズになります。出題数は60問です。

この分野の問題60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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56確率変数XとYが互いに独立であるとき、E(XY)を表す式として正しいものはどれか。

  1. AE(X)×E(Y)
  2. BE(X)-E(Y)
  3. CE(X)÷E(Y)
  4. DE(X)+E(Y)
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正解:AE(X)×E(Y)

確率変数XとYが互いに独立な場合、積の期待値は各期待値の積に等しい。

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57確率変数Xの期待値をE(X)=μとするとき、分散V(X)を求める式として正しいものはどれか。

  1. AE(X^2)+μ^2
  2. BE(X)-μ
  3. CE(X)+μ
  4. DE(X^2)-μ^2
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正解:DE(X^2)-μ^2

分散は二乗の期待値から期待値の二乗を引くことで求められる。

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58定数aとbに対し、V(aX+b)の分散を表す式として正しいものはどれか。

  1. AaV(X)
  2. Ba^2V(X)
  3. Ca^2V(X)+b
  4. DaV(X)+b
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正解:Ba^2V(X)

分散の計算では定数項は消え、係数は二乗される。

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59確率変数XとYが互いに独立であるとき、V(X-Y)を表す式として正しいものはどれか。

  1. AV(X)+V(Y)^2
  2. BV(X)+V(Y)
  3. CV(X)-V(Y)
  4. DV(X)-V(Y)^2
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正解:BV(X)+V(Y)

独立な確率変数の和や差の分散は、それぞれの分散の和となる。

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60正規分布N(μ,σ^2)に従う確率変数Xの標準化された値Zを求める式として正しいものはどれか。

  1. AZ=(X-μ)/σ^2
  2. BZ=(X-σ^2)/μ
  3. CZ=(X-μ)/σ
  4. DZ=(X-σ)/μ
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正解:CZ=(X-μ)/σ

標準化は、データから平均を引いて標準偏差で割ることで行う。

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61確率分布において、とびとびの値しかとらない確率変数がとる分布を何というか。

  1. A離散型確率分布
  2. B連続型確率分布
  3. C二項型確率分布
  4. Dポアソン型確率分布
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正解:A離散型確率分布

値がとびとびである確率分布を離散型と呼ぶ。

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62正規分布N(μ,σ^2)において、平均μの値が変化するとグラフはどうなるか。

  1. A高さが変わる
  2. B形が左右非対称になる
  3. C左右に平行移動する
  4. D幅が変わる
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正解:C左右に平行移動する

平均は分布の中心位置を決定するため、平均が変わると左右に移動する。

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63標準正規分布N(0,1^2)において、分散の値はいくつであるか。

  1. A0
  2. B1
  3. C2
  4. D0.5
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正解:B1

標準正規分布は平均0、分散1の正規分布として定義される。

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64二項分布B(n,p)の期待値を求める式として正しいものはどれか。

  1. An-p
  2. Bn+p
  3. Cn/p
  4. Dnp
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正解:Dnp

二項分布の期待値は試行回数と成功確率の積である。

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65二項分布B(n,p)の分散を求める式として正しいものはどれか。

  1. Anp(1-p)
  2. Bn(1-p)
  3. Cnp^2
  4. Dp(1-p)
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正解:Anp(1-p)

二項分布の分散は試行回数、成功確率、失敗確率の積である。

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66ポアソン分布において、期待値と分散の関係として正しいものはどれか。

  1. A両者に直接の関係はない
  2. B両者は等しい
  3. C分散の方が大きい
  4. D期待値の方が大きい
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正解:B両者は等しい

ポアソン分布では期待値と分散はともにλで等しい。

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67二項分布B(n,p)を正規分布に近似するための条件として正しいものはどれか。

  1. Anp≧1 かつ n(1-p)≧1
  2. Bnp≧5 かつ n(1-p)≧5
  3. Cnp≧10 かつ n(1-p)≧10
  4. Dnp≧0.5 かつ n(1-p)≧0.5
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正解:Bnp≧5 かつ n(1-p)≧5

二項分布の正規分布近似には、npとn(1-p)がともに5以上であることが必要である。

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68統計量の分布において、標本の大きさを大きくするほど標本平均が母平均に近づく法則を何というか。

  1. A大数の法則
  2. B標準化の法則
  3. C再生性の法則
  4. D中心極限定理
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正解:A大数の法則

標本平均が母平均に近づく性質を大数の法則と呼ぶ。

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69母集団の平均μ=100、分散σ^2=100の正規分布に従うとき、X=120を標準化した値はいくらか。

  1. A1
  2. B20
  3. C2
  4. D0.2
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正解:C2

Z=(120-100)/√100 = 20/10 = 2となる。

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70平均λ=2のポアソン分布において、x=0となる確率はいくらか(e^-2=0.1354とする)。

  1. A0.1354
  2. B0.2708
  3. C0.5416
  4. D0.8646
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正解:A0.1354

ポアソン分布の式P=e^-λ×(λ^x/x!)に代入すると、e^-2×(2^0/0!) = 0.1354となる。

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71二項分布B(n,p)に従う確率変数において、n=50, p=0.1のときの期待値を求めよ。

  1. A50
  2. B10
  3. C5
  4. D0.5
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正解:C5

期待値はnp=50×0.1=5である。

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72正規分布N(30,0.1^2)に従う確率変数Xと、N(10,0.1^2)に従う独立な確率変数Yがあるとき、X-2Yの分散はいくらか。

  1. A0.5
  2. B0.1
  3. C0.05
  4. D0.02
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正解:C0.05

分散の加法性よりV(X-2Y)=V(X)+4V(Y)=0.1^2+4×0.1^2=0.01+0.04=0.05となる。

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73ポアソン分布において、単位時間あたりに平均2回起こる事象が、実際に単位時間あたりに2回起こる確率はいくらか(e^-2=0.1354とする)。

  1. A0.5416
  2. B0.2708
  3. C0.1354
  4. D0.4062
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正解:B0.2708

P=e^-2×(2^2/2!) = 0.1354×2 = 0.2708となる。

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74平均μ=200、標準偏差σ=5の正規分布において、X=196を標準化した値はいくらか。

  1. A-4
  2. B4
  3. C-0.8
  4. D0.8
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正解:C-0.8

Z=(196-200)/5 = -0.8となる。

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75確率変数Xの分散V(X)=10であるとき、V(2X+5)の値を求めよ。

  1. A40
  2. B25
  3. C20
  4. D50
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正解:A40

定数5は消え、係数2は二乗されて4となるため、4×10=40である。

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76正規分布N(μ,σ^2)に従うとき、μ±3σの範囲に入る確率は約何%か。

  1. A97.5%
  2. B99.9%
  3. C99.7%
  4. D95%
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正解:C99.7%

正規分布において平均から±3σの範囲には約99.7%のデータが含まれる。

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77確率変数XとYが互いに独立であるとき、共分散Cov(X,Y)はいくらになるか。

  1. AE(XY)
  2. BV(X)
  3. C0
  4. D1
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正解:C0

独立な確率変数の共分散は常に0である。

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78標準正規分布表から読み取れる値Kは何を表すか。

  1. A標準化された値
  2. B分散
  3. C平均値
  4. D確率
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正解:A標準化された値

正規分布表は標準化された値Kに対応する確率Pを求めるための表である。

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79分散が異なる正規分布のグラフにおいて、分散が大きくなるとグラフはどうなるか。

  1. A右に平行移動する
  2. Bぺっちゃんこになる
  3. C高さが高くなる
  4. D左に平行移動する
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正解:Bぺっちゃんこになる

分散が大きくなると分布の広がりが増し、山は低くなる。

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80正規分布における平均の値は、グラフ上でどの位置にあるか。

  1. A中央値とも最頻値とも異なる
  2. B最頻値と同じ
  3. C中央値および最頻値と同じ
  4. D中央値と同じ
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正解:C中央値および最頻値と同じ

正規分布では平均、中央値、最頻値が一致し、グラフの中央に位置する。

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81ある母集団から標本を取り出す際、母分散が不明な場合に標本平均の分布に用いるものはどれか。

  1. A二項分布
  2. Bポアソン分布
  3. C正規分布
  4. Dt分布
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正解:Dt分布

母分散が不明な場合、標本平均の分布にはt分布を用いる。

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82自由度n-1の分布に従う統計量を用いるのはどのような場合か。

  1. A母平均が未知である場合
  2. B母分散が未知である場合
  3. C母分散が既知である場合
  4. D母平均が既知である場合
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正解:B母分散が未知である場合

母分散が未知の場合、不偏分散を用いてt分布を適用する。

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83二項分布において、試行回数nを大きく、成功確率pを小さくし、np=λを一定に保つと、どの分布に近づくか。

  1. A二項分布
  2. Bt分布
  3. Cポアソン分布
  4. D正規分布
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正解:Cポアソン分布

np=λを一定に保ちながらnを大きくpを小さくすると、二項分布はポアソン分布に近づく。

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84分散の加法性が成り立つための条件はどれか。

  1. A確率変数が正規分布に従うこと
  2. B確率変数の期待値が等しいこと
  3. C確率変数の分散が等しいこと
  4. D確率変数が独立であること
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正解:D確率変数が独立であること

分散の加法性は、確率変数が互いに独立である場合に成り立つ。

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85ポアソン分布の式P=e^-λ×(λ^x/x!)において、x!は何を表すか。

  1. Axの階乗
  2. Bxの二乗
  3. Cxの逆数
  4. Dxの平方根
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正解:Axの階乗

記号!は階乗を表す。

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86ある製品の重さが正規分布に従う場合、μ±3σを超える製品を不適合品とすると、μ±3σの範囲に入る確率は99.7%である。このとき不適合品率は何%か。

  1. A3%
  2. B0.3%
  3. C10%
  4. D0.13%
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正解:B0.3%

100%-99.7%=0.3%が不適合品率となる。

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87正規分布の再生性について、独立な二つの正規分布N(μ1,σ1^2)とN(μ2,σ2^2)を足し合わせた分布の平均はいくらか。

  1. Aμ1-μ2
  2. Bμ1+μ2
  3. Cμ1×μ2
  4. Dμ1÷μ2
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正解:Bμ1+μ2

正規分布の再生性により、足し合わせた分布の平均は各平均の和となる。

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88正規分布の再生性について、独立な二つの正規分布N(μ1,σ1^2)とN(μ2,σ2^2)を足し合わせた分布の分散はいくらか。

  1. Aσ1^2÷σ2^2
  2. Bσ1^2-σ2^2
  3. Cσ1^2×σ2^2
  4. Dσ1^2+σ2^2
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正解:Dσ1^2+σ2^2

正規分布の再生性により、足し合わせた分布の分散は各分散の和となる。

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89不適合品率p=0.05の工程から100個のサンプルをとる。不適合品数x=0である確率はいくらか(0.95^100=0.0059とする)。

  1. A0.0059
  2. B0.0295
  3. C0.031
  4. D0.05
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正解:A0.0059

式P=nCx×p^x×(1-p)^(n-x)に代入すると、100C0×0.05^0×0.95^100=0.0059となる。

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90二項分布B(n,p)において、n=50, p=0.1のとき、x=2以下の確率はどのように求めるか。

  1. AP(2)-P(0)
  2. BP(0)+P(1)+P(2)
  3. CP(2)+P(1)
  4. DP(0)×P(1)×P(2)
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正解:BP(0)+P(1)+P(2)

ある値以下となる確率は、それ以下の各確率の和として求める。

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91確率変数Xの分散V(X)を表す意味として正しいものはどれか。

  1. A分布の中心位置
  2. B分布のデータの個数
  3. Cデータの合計値
  4. D分布のばらつき
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正解:D分布のばらつき

分散はデータのばらつき度合いを示す指標である。

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92標準正規分布において、ある値K以上が生じる確率を求めるために用いる表はどれか。

  1. Aχ^2分布表
  2. B正規分布表
  3. Ct分布表
  4. D二項分布表
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正解:B正規分布表

正規分布表は標準正規分布における確率を求めるために使用する。

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93ある工程の不適合品率pが非常に低く、サンプル数nが十分に大きい場合に二項分布は何に近い分布に従うか。

  1. Aポアソン分布
  2. Bt分布
  3. Cχ^2分布
  4. D正規分布
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正解:Aポアソン分布

λ=npを一定に保つと二項分布はポアソン分布に近づく。

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94離散型確率分布の代表的なものとして、二項分布の他に挙げられるものはどれか。

  1. At分布
  2. Bχ^2分布
  3. Cポアソン分布
  4. D正規分布
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正解:Cポアソン分布

二項分布とポアソン分布はともに離散型確率分布である。

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95統計量とは何か。

  1. A母集団の平均のこと
  2. B母集団全体の性質を表す値
  3. C母集団の分散のこと
  4. D母集団から抽出した標本の平均や分散
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正解:D母集団から抽出した標本の平均や分散

統計量とは標本から計算される値のことである。

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96母平均μ=3.5、分散σ^2=35/12の一様分布からサンプルを抽出するとき、中心極限定理によりサンプルの平均の分布はどうなるか。

  1. Aポアソン分布に近い
  2. B一様分布に近い
  3. C正規分布に近い
  4. D二項分布に近い
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正解:C正規分布に近い

中心極限定理により、サンプルサイズを大きくすると標本平均は正規分布に近づく。

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97XとYが独立であるとき、E(X-Y)はいくらか。

  1. AV(X)-V(Y)
  2. BE(X)+E(Y)
  3. CE(X)-E(Y)
  4. DV(X)+V(Y)
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正解:CE(X)-E(Y)

期待値の性質により、和や差の期待値は期待値の和や差になる。

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98定数a, bに対するE(aX+b)の式として正しいものはどれか。

  1. AaE(X)+b
  2. BE(X)+b
  3. CaE(X)
  4. DE(X)
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正解:AaE(X)+b

期待値の線形性により、係数はそのまま掛かり定数は足される。

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99確率密度関数において、グラフとx軸で囲まれた部分の面積は何を表すか。

  1. A分散
  2. B期待値
  3. C確率
  4. D共分散
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正解:C確率

連続型確率分布において、面積は確率を示す。

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100二項分布B(n,p)において、成功回数xの期待値がnpになる理由は何か。

  1. A試行ごとの期待値の和だから
  2. B試行が連続的だから
  3. C各試行が独立だから
  4. D成功率が一定だから
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正解:A試行ごとの期待値の和だから

二項分布は独立な試行の和であり、期待値もその和として計算できる。

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101連続型確率分布において、ある一点の数値をとる確率はいくらか。

  1. A1
  2. B0.1
  3. C0.5
  4. D0
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正解:D0

連続型確率分布において、特定の値をとる確率は定義上0となる。

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102確率変数Xの標準偏差は分散とどのような関係にあるか。

  1. A分散の二倍
  2. B分散の二乗
  3. C分散の平方根
  4. D分散と等しい
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正解:C分散の平方根

標準偏差は分散の平方根として定義される。

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103二項分布B(n,p)において、確率P_xを表す式として正しいものはどれか。

  1. AnCx×p^x×(1-p)^(n-x)
  2. BnCx×p^(n-x)×(1-p)^x
  3. CxCn×p^n×(1-p)^x
  4. DxCn×p^x×(1-p)^n
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正解:AnCx×p^x×(1-p)^(n-x)

二項分布の確率は組み合わせと成功回数、失敗回数の確率で表される。

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104正規分布N(μ,σ^2)のパラメータは何か。

  1. A分散のみ
  2. B平均と分散
  3. C平均のみ
  4. D平均と標準偏差
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正解:B平均と分散

正規分布は平均と分散の二つのパラメータで定義される。

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105統計量の分布で用いられる「自由度」とは何か。

  1. A自由に変えられるデータの個数
  2. B分散の数
  3. Cデータの合計数
  4. D平均値の数
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正解:A自由に変えられるデータの個数

自由度は母数を推定する際に自由に決められる値の個数を指す。

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106正規分布のグラフが左右対称であることより、平均値と中央値の関係はどうか。

  1. A一致する
  2. B平均値の方が大きい
  3. C平均値の方が小さい
  4. D関係はない
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正解:A一致する

左右対称な分布では、平均値と中央値は一致する。

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107ある正規分布を標準化したとき、平均と分散はそれぞれどうなるか。

  1. A平均1、分散0
  2. B平均1、分散1
  3. C平均μ、分散σ^2
  4. D平均0、分散1
正解と解説を見る

正解:D平均0、分散1

標準化によって平均0、分散1の標準正規分布に変換される。

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108ポアソン分布の分散V(X)はいくらか。

  1. Anp(1-p)
  2. Bλ^2
  3. Cnp
  4. Dλ
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正解:Dλ

ポアソン分布の期待値と分散はともに平均λと等しい。

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109ポアソン分布の条件として「nが十分大きく、pが十分小さい」とき、平均λはどうなるか。

  1. A0になる
  2. B大きくなる
  3. C小さくなる
  4. D一定になる
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正解:D一定になる

二項分布の平均np=λを一定に保つ前提がある。

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110確率分布の式を見て、それがポアソン分布だと判断するために最も重要な要素は何か。

  1. A確率変数の二乗
  2. B分散の加法性
  3. C組み合わせ記号
  4. D階乗記号と指数関数
正解と解説を見る

正解:D階乗記号と指数関数

ポアソン分布の確率関数にはx!とe^-λが含まれる。

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111不偏推定量とは何か。

  1. A母集団の分散そのもの
  2. B推定量の期待値が、推定対象の母数に一致する推定量
  3. C母集団の平均そのもの
  4. D標本から計算したそのままの分散
正解と解説を見る

正解:B推定量の期待値が、推定対象の母数に一致する推定量

不偏推定量とは、その期待値が母数に一致する推定量のことである。

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112正規分布N(200,5^2)の確率変数Xにおいて、200以上になる確率はいくらか。

  1. A0.75
  2. B0.25
  3. C0.1
  4. D0.5
正解と解説を見る

正解:D0.5

正規分布は平均に対して左右対称であるため、平均以上の確率は0.5である。

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113確率変数Xにおいて、E(X)=μ、V(X)=σ^2のとき、E(X^2)はいくらか。

  1. Aμ^2-σ^2
  2. Bσ+μ
  3. Cσ^2-μ^2
  4. Dσ^2+μ^2
正解と解説を見る

正解:Dσ^2+μ^2

分散の定義式V(X)=E(X^2)-μ^2を変形するとE(X^2)=V(X)+μ^2となる。

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114正規分布の近似式において、Z=(X-np)/√(np(1-p))を用いるのはどのような場合か。

  1. Aポアソン分布を正規分布に近似する場合
  2. B二項分布を正規分布に近似する場合
  3. Cポアソン分布を二項分布に近似する場合
  4. D二項分布をポアソン分布に近似する場合
正解と解説を見る

正解:B二項分布を正規分布に近似する場合

二項分布が正規分布に従う条件を満たすとき、この式で標準化する。

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115XとYが互いに独立であるとき、Cov(X,Y)は0となるが、この逆は成立するか。

  1. A場合による
  2. B成立しない
  3. C常に成立する
  4. D必ずしも成立しない
正解と解説を見る

正解:D必ずしも成立しない

共分散が0であっても、必ずしも独立であるとは限らない。

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