統計検定2級 ⑦ 仮説検定

本検定で最も出題数の多い、仮説検定の分野です。帰無仮説と対立仮説の立て方、有意水準、棄却域、P値による判定という一連の流れを理解することが第一歩です。第1種の過誤・第2種の過誤と検出力、片側検定と両側検定の使い分けも頻出です。具体的には、母分散が既知の母平均の検定(Z検定)、未知の場合のt検定、母比率の検定、母分散の検定、独立性・適合度のカイ二乗検定などを扱い、検定統計量を計算して棄却域と比較する問題が多く出ます。「仮説設定→統計量計算→判定」の手順を体に染み込ませ、分布表の読み方に慣れておきましょう。

この分野の問題44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。

クイズモードで挑戦 →

243あるコインを200回投げたところ表が115回出た。このコインが公正ではないという疑惑を検証したいとき、設定する帰無仮説として正しいものはどれか。

  1. Aこのコインを投げて表が出る確率は1/2ではない
  2. Bこのコインを投げて表が出る確率は115/200ではない
  3. Cこのコインを投げて表が出る確率は1/2である
  4. Dこのコインを投げて表が出る確率は115/200である
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正解:Cこのコインを投げて表が出る確率は1/2である

帰無仮説は妥当性を検証する仮説であり等号を使った式で表されます。

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244仮説検定において、帰無仮説が正しいにもかかわらず、誤ってそれを棄却してしまう誤りの名称として正しいものはどれか。

  1. A第1種の過誤
  2. B検出力
  3. C第2種の過誤
  4. D第3種の過誤
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正解:A第1種の過誤

本当は正しい帰無仮説を誤って棄却し対立仮説を採択してしまうことを第1種の過誤といいます。

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245対立仮説が正しいときに、帰無仮説を正しく棄却できる確率の名称として正しいものはどれか。

  1. A有意水準
  2. B第2種の過誤
  3. C第1種の過誤
  4. D検出力
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正解:D検出力

対立仮説が正しいときに帰無仮説を正しく棄却できる確率は検出力と呼ばれ1マイナスベータで表されます。

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246有意水準が5%の仮説検定において、第1種の過誤が発生する確率として正しいものはどれか。

  1. A50%
  2. B1%
  3. C95%
  4. D5%
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正解:D5%

第1種の過誤が発生する確率は有意水準と同じになります。

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247仮説検定の判断基準である有意水準の定義として、最も適切なものはどれか。

  1. A滅多に起こらないことが起こる確率
  2. B対立仮説が正しい確率
  3. C推定値が真の値からずれる確率
  4. D帰無仮説が誤っている確率
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正解:A滅多に起こらないことが起こる確率

有意水準とは簡単にいうと滅多に起こらないことが起こる確率のことです。

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248ある検定統計量を用いて両側検定を行う際、P値が3.4%であった。有意水準5%と1%での検定結果の組み合わせとして正しいものはどれか。

  1. A5%では棄却され1%では棄却されない
  2. B5%でも1%でも棄却される
  3. C5%でも1%でも棄却されない
  4. D5%では棄却されず1%では棄却される
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正解:A5%では棄却され1%では棄却されない

P値が3.4%の場合、有意水準5%より小さいため棄却され、1%より大きいため棄却されません。

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249ある工場で生産された36個の標本を計測したところ、標本平均は30.8mmであった。母分散が2.7の2乗と既知であるとき、母平均が30.0mmであるかを有意水準5%で両側検定する場合の検定統計量Zの値に最も近いものはどれか(標準正規分布の上側2.5%点は1.96とする)。

  1. A1.01
  2. B2.12
  3. C2.58
  4. D1.78
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正解:D1.78

Z = (30.8 - 30.0) / (2.7 / 6) = 0.8 / 0.45 ≒ 1.78 となります。

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250母分散が既知の場合の母平均に関する両側検定において、検定統計量Zが1.78、有意水準5%の棄却域が「Zの絶対値が1.96以上」のときの判定として正しいものはどれか。

  1. A帰無仮説は棄却されず、母平均は規格寸法とおおむね一致しているとみなせる
  2. B帰無仮説が棄却され、母平均は規格寸法とおおむね一致しているとみなせる
  3. C帰無仮説は棄却され、母平均は規格寸法と異なるといえる
  4. D対立仮説が棄却され、母平均は規格寸法より小さいといえる
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正解:A帰無仮説は棄却されず、母平均は規格寸法とおおむね一致しているとみなせる

検定統計量が棄却域に入らないため、帰無仮説は棄却されません。

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251「大きい」か「小さい」か、どちらか一方だけを問題とする検定の名称として正しいものはどれか。

  1. A独立性検定
  2. B適合度検定
  3. C両側検定
  4. D片側検定
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正解:D片側検定

どちらか一方だけを問題とする検定を片側検定といいます。

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252母分散未知の母平均の検定において、標本の大きさが10のとき、検定統計量Tが従う分布として正しいものはどれか。

  1. A標準正規分布
  2. B自由度9のt分布
  3. C自由度9のカイ二乗分布
  4. D自由度10のt分布
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正解:B自由度9のt分布

母分散が未知のとき、検定統計量Tは自由度n-1のt分布に従います。

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253製品から10個の標本を抽出して寸法を計測したところ、標本平均30.8mm、不偏標準偏差2.5であった。母平均が30.0mmであるかを有意水準5%で両側検定する場合の検定統計量tの値に最も近いものはどれか(ルート10は3.16、ルート0.625は0.79とする)。

  1. A1.78
  2. B2.26
  3. C2.12
  4. D1.01
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正解:D1.01

t = (30.8 - 30.0) / (2.5 / ルート10) = 0.8 / 0.79 ≒ 1.01 となります。

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254自由度9のt分布の上側2.5%点が2.262のとき、有意水準5%の両側検定における棄却域として正しいものはどれか。

  1. Atの絶対値が2.262以上
  2. Btの絶対値が1.96以上
  3. Ctが-2.262以下
  4. Dtが2.262以上
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正解:Atの絶対値が2.262以上

両側検定では、分布の両側にそれぞれ有意水準の半分の確率を割り当てるため、絶対値が上側2.5%点以上となります。

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255りんご20個を測定し、標本平均95.2、不偏分散102.3であった。母平均が100gより小さいかを検証する片側検定において、検定統計量tの値に最も近いものはどれか(不偏分散/nの平方根は2.26とする)。

  1. A-1.73
  2. B-2.12
  3. C1.01
  4. D2.12
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正解:B-2.12

t = (95.2 - 100) / 2.26 = -4.8 / 2.26 ≒ -2.124 となります。

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256自由度19のt分布の上側5%点が1.729のとき、対立仮説を「母平均は100gより小さい」とする左片側検定の有意水準5%の棄却域として正しいものはどれか。

  1. Atが-1.729以下
  2. Btが1.729以上
  3. Ctの絶対値が1.729以上
  4. Dtが-2.093以下
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正解:Atが-1.729以下

左片側検定では、棄却域は分布の左側に設定されるため、tが負の上側5%点以下となります。

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257母分散に関する検定において、n個のサンプルから計算される検定統計量が従う分布として正しいものはどれか。

  1. A自由度nのカイ二乗分布
  2. B自由度n-1のt分布
  3. C自由度n-1のカイ二乗分布
  4. D標準正規分布
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正解:C自由度n-1のカイ二乗分布

母分散の検定統計量は自由度n-1のカイ二乗分布に従います。

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25810個の標本から計算した標本平均が4.4、検定統計量であるカイ二乗値が1.35であった。自由度9のカイ二乗分布の下側2.5%点が2.70、上側2.5%点が19.02のとき、有意水準5%での両側検定の判定として正しいものはどれか。

  1. Aカイ二乗値が0より大きいため帰無仮説は棄却される
  2. Bカイ二乗値が2.70より小さいため帰無仮説は棄却される
  3. Cカイ二乗値が1.35であり棄却域に含まれないため帰無仮説は棄却されない
  4. Dカイ二乗値が19.02より小さいため帰無仮説は棄却されない
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正解:Bカイ二乗値が2.70より小さいため帰無仮説は棄却される

棄却域はカイ二乗≦2.70、およびカイ二乗≧19.02であり、1.35は棄却域に入るため帰無仮説は棄却されます。

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25920人の生徒のテスト結果から、不偏分散(標準偏差7.2の2乗)を得た。母分散が10.0の2乗であるかを検定するための統計量(カイ二乗値)として正しいものはどれか。

  1. A19.02
  2. B9.85
  3. C7.20
  4. D13.50
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正解:B9.85

カイ二乗 = (20 - 1) × 7.2の2乗 / 10.0の2乗 = 19 × 51.84 / 100 ≒ 9.85 となります。

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260自由度19のカイ二乗分布の下側2.5%点が8.91、上側2.5%点が32.85である。計算された検定統計量が9.85のとき、有意水準5%での両側検定の判定として正しいものはどれか。

  1. A対立仮説が棄却される
  2. B帰無仮説は棄却されない
  3. C判定不能である
  4. D帰無仮説は棄却される
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正解:B帰無仮説は棄却されない

9.85は8.91と32.85の間にあるため棄却域に入らず、帰無仮説は棄却されません。

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261母比率に関する検定において、サイコロを1000回振って特定の目が200回出た。母比率を1/6と設定したとき、近似的に標準正規分布に従う検定統計量Zの分母となる標準誤差の計算式として正しいものはどれか。

  1. A((1/6)×(5/6)/1000)
  2. Bルート内が((1/6)×(5/6)/1000)
  3. Cルート内が((1/6)×(5/6))
  4. Dルート内が((200/1000)×(800/1000)/1000)
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正解:Bルート内が((1/6)×(5/6)/1000)

母比率の検定統計量の分母は、帰無仮説における比率p0を用いてルート(p0(1-p0)/n)で計算します。

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262サイコロを1000回振り、特定の目が200回出た。母比率が1/6であるかを検証する両側検定において、検定統計量Zの値に最も近いものはどれか(標準誤差は0.0118とする)。

  1. A2.83
  2. B1.78
  3. C1.96
  4. D2.12
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正解:A2.83

Z = (200/1000 - 1/6) / 0.0118 = (0.2 - 0.1667) / 0.0118 ≒ 2.83 となります。

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263不良品率に関する検定において、標本サイズ200から16個の不良品が見つかった。母不良品率が0.05より大きいかを検証する片側検定において、検定統計量Zの値として最も近いものはどれか(標準誤差は0.0154とする)。

  1. A2.21
  2. B2.83
  3. C1.95
  4. D1.64
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正解:C1.95

Z = (16/200 - 0.05) / 0.0154 = (0.08 - 0.05) / 0.0154 ≒ 1.95 となります。

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264母平均の差に関する検定で、2つのグループの母分散が「未知だが等しい」とみなせる場合、検定統計量Tが従う分布の自由度として正しいものはどれか(各標本サイズをm、nとする)。

  1. Am + n - 2
  2. Bm + n - 3
  3. Cm + n - 1
  4. Dm + n
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正解:Am + n - 2

等分散を仮定する2標本の母平均の差の検定では、統計量Tは自由度m+n-2のt分布に従います。

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265母分散が未知だが等しいとみなせる場合の母平均の差の検定において、標本サイズがm=12、n=15のとき、t分布の自由度として正しいものはどれか。

  1. A27
  2. B25
  3. C24
  4. D26
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正解:B25

自由度は m + n - 2 = 12 + 15 - 2 = 25 となります。

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266母分散が未知で等しいとは限らない場合に用いられる、近似的な自由度を計算して行う母平均の差の検定の名称として正しいものはどれか。

  1. Aステューデントの検定
  2. B独立性の検定
  3. Cウェルチの検定
  4. D適合度検定
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正解:Cウェルチの検定

母分散が未知で等しいと限らない場合に行う母平均の差の検定はウェルチの検定と呼ばれます。

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267全国から10か所の観測地点を無作為に選び、10年前と今年の平均気温を比較する。このように2つの標本の個々の要素に対応がある場合の検定統計量Tが従うt分布の自由度として正しいものはどれか。

  1. A19
  2. B10
  3. C18
  4. D9
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正解:D9

対応がある場合の差の検定では、差のデータを1つの標本(サイズn)とみなすため、自由度はn-1となり、10-1=9です。

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268対応のある母平均の差の検定において、観測地点10か所のデータから計算された気温の差の標本平均が0.5、不偏分散が0.14であった。検定統計量tの値に最も近いものはどれか(ルート0.014は0.118とする)。

  1. A2.14
  2. B2.26
  3. C4.23
  4. D1.75
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正解:C4.23

t = 0.5 / ルート(0.14 / 10) = 0.5 / 0.118 ≒ 4.23 となります。

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269教材A(22人、平均79点、不偏分散102)と教材B(20人、平均72点、不偏分散105)の効果の差を、等分散を仮定して両側検定する。検定統計量tの値に最も近いものはどれか(プールされた不偏分散による標準誤差は3.14とする)。

  1. A1.08
  2. B2.02
  3. C1.75
  4. D2.23
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正解:D2.23

t = (79 - 72) / 3.14 = 7 / 3.14 ≒ 2.23 となります。

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270母分散の比に関する検定において、2つの標本(不偏分散sxの2乗、syの2乗)から得られる検定統計量Fが従う分布として正しいものはどれか。

  1. A標準正規分布
  2. Bカイ二乗分布
  3. CF分布
  4. Dt分布
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正解:CF分布

母分散の比の検定統計量Fは、自由度(m-1, n-1)のF分布に従います。

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271生産ラインXから11個(不偏分散30)、生産ラインYから16個(不偏分散28)の標本を得た。2つの母分散が等しいかを検証する検定統計量Fの値として最も適切なものはどれか。

  1. A0.933
  2. B1.011
  3. C1.071
  4. D1.143
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正解:C1.071

F = sxの2乗 / syの2乗 = 30 / 28 ≒ 1.071 となります。

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272自由度(10, 15)のF分布の上側2.5%点が3.060のとき、下側2.5%点(F0.975(10,15))を求める式として正しいものはどれか。

  1. A1 / F0.025(10,15)
  2. B1 / F0.025(15,10)
  3. C-F0.025(10,15)
  4. D1 - F0.025(10,15)
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正解:B1 / F0.025(15,10)

F分布の下側点は、自由度を入れ替えた上側点の逆数として求められます。したがって1/F0.025(15,10)です。

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273自由度(10, 15)のF分布において、F0.025(15,10)が3.522、F0.025(10,15)が3.060であるとき、下側2.5%点として正しいものはどれか。

  1. A0.327
  2. B0.284
  3. C0.520
  4. D0.143
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正解:B0.284

1 / 3.522 ≒ 0.284 となります。

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274母比率の差に関する検定において、標本1(サイズ200、不良品16個)と標本2(サイズ300、不良品21個)がある。それぞれの標本比率の差(p1ハット - p2ハット)として正しいものはどれか。

  1. A0.07
  2. B0.08
  3. C0.15
  4. D0.01
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正解:D0.01

p1ハット = 16/200 = 0.08、p2ハット = 21/300 = 0.07。その差は 0.08 - 0.07 = 0.01 です。

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275母比率の差の検定において、計算された標準正規分布に従う検定統計量Zが0.413であった。有意水準5%の両側検定の棄却域が「Zの絶対値が1.96以上」であるとき、判定として正しいものはどれか。

  1. A有意水準1%でないと判定できない
  2. B対立仮説が棄却され、2つの不良品率は等しいといえる
  3. C帰無仮説は棄却されず、2つの不良品率に有意な差があるとは言えない
  4. D帰無仮説は棄却され、2つの不良品率に有意な差があるといえる
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正解:C帰無仮説は棄却されず、2つの不良品率に有意な差があるとは言えない

0.413は棄却域に入らないため、帰無仮説は棄却されず、差があるとは言えません。

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276観測された度数の分布が、理論上の分布に当てはまるかどうかを検証するための仮説検定の名称として正しいものはどれか。

  1. A適合度検定
  2. Bウェルチの検定
  3. C等分散の検定
  4. D独立性の検定
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正解:A適合度検定

理論上の分布への適合性を検証する検定を適合度検定といいます。

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277適合度検定において、カテゴリの数がk個、与えられた理論分布のパラメータをそのまま使って期待度数を計算した場合、検定統計量が従うカイ二乗分布の自由度として正しいものはどれか。

  1. Ak - 1
  2. Bk + 1
  3. Ck
  4. Dk - 2
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正解:Ak - 1

パラメータが与えられている場合の適合度検定の自由度はk-1となります。

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278トレーディングカード50枚を抽出したところ、レア7枚、スーパーレア3枚、ノーマル40枚であった。理論上の割合(レア20%、スーパーレア10%、ノーマル70%)から計算される期待度数の組み合わせとして正しいものはどれか。

  1. Aレア10枚・スーパーレア5枚・ノーマル35枚
  2. Bレア7枚・スーパーレア3枚・ノーマル40枚
  3. Cレア10枚・スーパーレア10枚・ノーマル30枚
  4. Dレア5枚・スーパーレア5枚・ノーマル40枚
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正解:Aレア10枚・スーパーレア5枚・ノーマル35枚

期待度数は50×0.2=10、50×0.1=5、50×0.7=35となります。

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279適合度検定に関する記述のうち、棄却域の設定について正しいものはどれか。

  1. A必ず両側検定になる
  2. B自由度が2のときだけ両側検定になる
  3. C対立仮説に応じて左片側検定になることもある
  4. D必ず片側検定(右側)になる
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正解:D必ず片側検定(右側)になる

適合度検定は観測度数と期待度数のズレの大きさを検証するため、必ず片側検定(右側)になります。

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280クロス集計表の行の項目と列の項目に統計的な関連性があるかどうかを検証するための仮説検定の名称として正しいものはどれか。

  1. A対応のあるt検定
  2. B独立性の検定
  3. C適合度検定
  4. D等分散の検定
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正解:B独立性の検定

2つの変数の間に関連性があるか(独立しているか)を検証する検定を独立性の検定といいます。

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2812行2列(計4セル)のクロス集計表を用いた独立性の検定において、検定統計量が従うカイ二乗分布の自由度として正しいものはどれか。

  1. A2
  2. B3
  3. C1
  4. D4
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正解:C1

自由度は (行数 - 1) × (列数 - 1) = (2 - 1) × (2 - 1) = 1 となります。

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2823行3列のクロス集計表を用いた独立性の検定において、検定統計量が従うカイ二乗分布の自由度として正しいものはどれか。

  1. A9
  2. B4
  3. C2
  4. D6
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正解:B4

自由度は (3 - 1) × (3 - 1) = 2 × 2 = 4 となります。

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283仮説検定に関する次の記述のうち、正しくないものはどれか。

  1. A第1種の過誤は本当は正しい帰無仮説を誤って棄却することである
  2. B検定統計量が棄却域に入るとき帰無仮説は棄却される
  3. C検出力は対立仮説が正しいときに帰無仮説を正しく棄却する確率である
  4. DP値が有意水準より大きいとき帰無仮説は棄却される
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正解:DP値が有意水準より大きいとき帰無仮説は棄却される

P値が有意水準より「小さい」ときに帰無仮説は棄却されます。大きいときは棄却されません。

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284母比率の差の検定において、男性200人(支持100人)、女性300人(支持120人)の出口調査から検定統計量Zを計算したところ2.21であった。有意水準5%の両側検定(境界値1.96)の判定に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. A片側検定であるため1.96ではなく1.645と比較しなければならず判定できない
  2. BZの値が2を超えているため第2種の過誤が発生しており判定できない
  3. CZ=2.21は1.96より大きいため帰無仮説は受容され、男女の比率に有意な差はないと判断される
  4. DZ=2.21は1.96より大きいため帰無仮説は棄却され、男女の比率に有意な差があると判断される
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正解:DZ=2.21は1.96より大きいため帰無仮説は棄却され、男女の比率に有意な差があると判断される

Z=2.21は棄却域(絶対値1.96以上)に入るため帰無仮説は棄却され、差があると判断されます。

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285あるサイコロを60回投げたところ、1から6の目の観測度数がそれぞれ18, 12, 5, 8, 11, 6回であった。出る確率が均等(期待度数各10回)であるかを検証するカイ二乗統計量の計算式として、正しいものはどれか。

  1. A各目の(観測度数 - 10)の2乗の合計の平方根を10で割ったもの
  2. B各目の(観測度数 - 10)の2乗を9で割ったものの合計
  3. C各目の(観測度数 - 10)の2乗を10で割ったものの合計
  4. D各目の(観測度数 - 10)の合計を10で割ったもの
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正解:C各目の(観測度数 - 10)の2乗を10で割ったものの合計

適合度検定の統計量は、Σ (観測度数 - 期待度数)の2乗 / 期待度数 で求められます。

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286公正かどうかが疑わしいサイコロがあり、不公正な場合の確率分布は「1の目が出る確率が0.6、その他の目が各0.08」である。1回だけ投げて1の目が出たら「公正である」という帰無仮説を棄却する検定における、第1種の過誤の確率として正しいものはどれか。

  1. A1/36
  2. B0.6
  3. C1/6
  4. D0.4
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正解:C1/6

第1種の過誤は帰無仮説が正しい(公正である=1の確率が1/6)ときに誤って棄却する確率なので、1/6(≒0.167)です。

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