統計検定2級 ⑧ 回帰分析と分散分析

変数間の関係をモデル化する回帰分析と、平均の差を検定する分散分析を扱う応用分野です。回帰では最小二乗法による回帰直線の推定、回帰直線が必ず通る点、総平方和=回帰平方和+残差平方和の分解、決定係数R²の意味、傾きの信頼区間や検定、残差の自由度が頻出です。説明変数が複数の重回帰では偏回帰係数や多重共線性、擬似相関も問われます。分散分析では一元配置を中心に、水準間平方和と残差平方和の関係やF検定を学びます。平方和の分解という共通の考え方を軸に、回帰と分散分析を関連づけて理解すると得点が安定します。

この分野の問題40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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287回帰直線 y = α + β x において、残差平方和を最小にするように回帰係数を定める方法を何というか。

  1. A最尤法
  2. B偏差平方和法
  3. C回帰分析法
  4. D最小二乗法
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正解:D最小二乗法

最小二乗法は残差平方和が最小になるように回帰係数を定める手法である。

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288単回帰モデルの回帰直線について、必ず通る座標はどれか。

  1. A(0, 0)
  2. B(ȳ, x̄)
  3. C(α, β)
  4. D(x̄, ȳ)
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正解:D(x̄, ȳ)

回帰直線は常に平均の点(x̄, ȳ)を通る。

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289残差平方和 Se、回帰平方和 SR、総平方和 Sy の関係を示す正しい式はどれか。

  1. ASy = SR - Se
  2. BSR = Sy + Se
  3. CSe = Sy + SR
  4. DSy = SR + Se
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正解:DSy = SR + Se

総平方和は回帰平方和と残差平方和の和に分解できる。

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290決定係数 R² の定義として正しいものはどれか。

  1. AR² = Se / Sy
  2. BR² = Sy / SR
  3. CR² = SR / Sy
  4. DR² = SR / Se
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正解:CR² = SR / Sy

決定係数は総平方和に対する回帰平方和の割合である。

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291説明変数どうしに強い相関関係がある場合に、回帰係数が不安定となり精度が悪くなる問題を何というか。

  1. A多重共線性
  2. B決定係数
  3. C偏相関係数
  4. D擬相関
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正解:A多重共線性

多重共線性は説明変数間の強い相関によってモデルの推定が不安定になる問題である。

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292一元配置分散分析において、水準間平方和 SA と残差平方和 Se の関係で正しいのはどれか。

  1. AST = SA - Se
  2. BST = SA + Se
  3. CSA = ST + Se
  4. DSe = SA + ST
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正解:BST = SA + Se

総平方和 ST は水準間平方和 SA と残差平方和 Se の和である。

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293重回帰モデルにおいて、他の説明変数を固定して1つの説明変数を変化させたときの被説明変数の変化率を何というか。

  1. A単回帰係数
  2. B決定係数
  3. C回帰平面
  4. D偏回帰係数
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正解:D偏回帰係数

偏回帰係数は、他の説明変数を固定した際の1単位あたりの変化量を示す。

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294回帰直線の傾き β の推定値 β̂ の信頼区間を求める際に利用する統計量はどれか。

  1. Aχ² 統計量
  2. BF 統計量
  3. Cz 統計量
  4. Dt 統計量
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正解:Dt 統計量

回帰係数の区間推定には、t 分布を用いる。

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295単回帰モデルにおける残差平方和の自由度はいくらか。

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

単回帰モデル(説明変数が1つ)の場合、自由度は n-2 である。

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296回帰直線の性質について、正しくないものはどれか。

  1. A残差の平均は0である
  2. B予測値の平均は観測値の平均と等しい
  3. C予測値と残差の相関係数は1である
  4. D残差の合計は0である
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正解:C予測値と残差の相関係数は1である

予測値と残差の相関係数は0である。

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297ある重回帰分析の結果、R² = 0.4231 であった。この値が意味するものとして正しいものはどれか。

  1. A説明変数の数が多すぎるため無効である
  2. Bモデルの当てはまりが負の相関を示している
  3. C回帰直線による予測はあまりあてにできない
  4. D回帰直線による予測の当てはまりが極めて良い
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正解:C回帰直線による予測はあまりあてにできない

決定係数は0以上1以下で、1に近いほど予測をあてにできるが、0.4程度では当てはまりは良くない。

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298擬相関について、正しい説明はどれか。

  1. A2つの変数が因果関係にあること
  2. B回帰係数が0になること
  3. C第3の因子の影響で見かけ上の相関が生じること
  4. D相関係数が常に1になること
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正解:C第3の因子の影響で見かけ上の相関が生じること

擬相関は、共通の第3の因子の影響により、関係のない変数間に関連があるように見える現象である。

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299重回帰モデルにおける「ダミー変数」の説明として正しいものはどれか。

  1. A常に連続値をとる変数
  2. B質的変数を扱うための0か1の値をとる変数
  3. C複数の重回帰係数を合算した変数
  4. D誤差項のみを考慮する変数
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正解:B質的変数を扱うための0か1の値をとる変数

ダミー変数は、有無などを数値化するために0や1の値をとる。

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300分散分析における帰無仮説 H0 として正しいものはどれか。

  1. Aすべての水準の母平均が等しい
  2. Bいずれかの水準の母平均が異なる
  3. Cすべての水準の母分散が等しい
  4. Dすべての水準の母平均が0である
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正解:Aすべての水準の母平均が等しい

分散分析では、全ての水準の母平均が等しいことを帰無仮説とする。

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301単回帰モデル yi = α + β xi + εi において、β=0 という帰無仮説が棄却された場合、どう解釈するか。

  1. A被説明変数は説明変数によって説明できる可能性がある
  2. B回帰係数が0と判定された
  3. C回帰直線が傾きを持たない
  4. D被説明変数は説明変数によって説明できない
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正解:A被説明変数は説明変数によって説明できる可能性がある

帰無仮説が棄却されることは、係数が0ではない可能性が高く、説明変数による説明能力があることを意味する。

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302自由度調整済み決定係数を用いる主な理由は何か。

  1. A説明変数の個数が増えると決定係数が過大評価されるから
  2. B残差平方和が常に一定になるから
  3. C決定係数が計算できない場合があるから
  4. D計算式が単純になるから
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正解:A説明変数の個数が増えると決定係数が過大評価されるから

説明変数の数が増えると決定係数は上昇しやすいため、自由度による調整が必要となる。

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303あるデータ(n=20)の重回帰分析で、説明変数が2つである場合、残差平方和の自由度はいくつか。

  1. A17
  2. B20
  3. C19
  4. D18
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正解:A17

自由度は n - k - 1 より、20 - 2 - 1 = 17 である。

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304回帰分析の結果、傾きの推定値 β̂ = 0.23124、標準誤差 se(β̂) = 0.04946、自由度 18 の t 分布の上側2.5%点 2.101 のとき、信頼区間の片側の幅(誤差の限界)はどれか。

  1. A0.04946
  2. B0.23124
  3. C0.10392
  4. D0.48523
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正解:C0.10392

信頼区間の幅は 2 × t × se ではなく、片側の t × se = 2.101 × 0.04946 ≒ 0.10392 である。

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305ある重回帰分析の分散分析表で、回帰の平方和が 66,438,613,504、残差の平方和が 90,589,619,200 であるとき、総平方和はいくらか。

  1. A66,438,613,504
  2. B90,589,619,200
  3. C24,151,005,696
  4. D157,028,232,704
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正解:D157,028,232,704

総平方和は回帰平方和と残差平方和の和である。

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306偏相関係数 rxy· z を求める際に必要な値はどれか。

  1. Arxy, rxz
  2. Brxz, ryz
  3. Crxy, ryz
  4. Drxy, rxz, ryz
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正解:Drxy, rxz, ryz

偏相関係数の公式には、x と y、x と z、y と z の相関係数全てが必要である。

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307ある分散分析表で、F 値が棄却域に入った場合、どのような判定を下すか。

  1. A帰無仮説を採択し、母平均に有意な差がないとみなす
  2. B帰無仮説を棄却し、母平均に有意な差があるとみなす
  3. C計算ミスがあるため分析をやり直す
  4. D対立仮説を棄却し、母平均が等しいとみなす
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正解:B帰無仮説を棄却し、母平均に有意な差があるとみなす

棄却域に入ることは、有意な差があるという対立仮説を支持することを意味する。

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308単回帰分析の結果、P-値が 0.000188 であった。有意水準 5% で検定したときの結果として正しいのはどれか。

  1. A帰無仮説を棄却しない
  2. B対立仮説を棄却する
  3. C帰無仮説を棄却する
  4. DP-値が大きいため判定不能
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正解:C帰無仮説を棄却する

P-値が有意水準(0.05)より小さいため、帰無仮説を棄却する。

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309回帰係数の仮説検定において、有意水準 α の両側検定の棄却域はどれか。

  1. A|t| ≥ tα/2(n-2)
  2. Bt ≤ -tα(n-2)
  3. Ct ≥ tα(n-2)
  4. D|t| < tα/2(n-2)
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正解:A|t| ≥ tα/2(n-2)

両側検定の棄却域は、|t| が上側 α/2 分位点以上である。

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310重回帰モデルにおいて、多重共線性が発生しているか判断する際の手がかりとして誤っているものはどれか。

  1. A回帰係数が不安定である
  2. B説明変数どうしの相関が強い
  3. C特定の係数の標準誤差が非常に大きい
  4. D決定係数が非常に小さい
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正解:D決定係数が非常に小さい

多重共線性がある場合、決定係数は高くなることが多い。

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311一元配置分散分析の表で、「平均平方」はどのように計算するか。

  1. A平方和 ÷ 自由度
  2. B平方和 + 自由度
  3. C平方和 - 自由度
  4. D平方和 × 自由度
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正解:A平方和 ÷ 自由度

平均平方は平方和を自由度で割った値である。

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312ある農産物の価格 y と生産量 x の回帰モデルで β̂1 = -0.4875 のとき、生産量が 2,000 万トンから 2,001 万トンに 1 万トン増えた場合の価格の予測変化はどれか。

  1. A0.4875 円減る
  2. B予測できない
  3. C0.4875 円増える
  4. D487.5 円減る
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正解:A0.4875 円減る

傾きが -0.4875 なので、生産量が 1 増えると価格は約 0.4875 減る。

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313偏相関係数の値が 0.1524 であった。この解釈として正しいものはどれか。

  1. A年齢を取り除かない場合より相関が高くなった
  2. B年齢の影響を取り除くと、年収と血圧には強い正の相関がある
  3. C年齢の影響を取り除くと、年収と血圧にはほとんど相関がない
  4. D年齢の影響を取り除くと、年収と血圧には強い負の相関がある
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正解:C年齢の影響を取り除くと、年収と血圧にはほとんど相関がない

0.1524 は0に近いため、年齢の影響を取り除くと相関はほとんどないと言える。

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314重回帰分析の出力の F-statistic について、帰無仮説 H0: β1 = β2 = 0 が棄却された場合の正しい解釈はどれか。

  1. A説明変数は被説明変数を全く説明できない
  2. B少なくともどれか1つの回帰係数は0ではない
  3. Cすべての係数が有意ではない
  4. D回帰係数はすべて0である
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正解:B少なくともどれか1つの回帰係数は0ではない

F検定の帰無仮説が棄却されることは、少なくとも1つの係数が0ではないことを意味する。

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315単回帰モデルの回帰係数 β̂ の信頼区間を求める式として正しいものはどれか。

  1. Aβ̂ ± tα/2(n-1) × se(β̂)
  2. Bβ̂ ± tα/2(n-2) × se(β̂)
  3. Cβ̂ ± zα/2 × se(β̂)
  4. Dβ̂ ± tα(n-2) × se(β̂)
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正解:Bβ̂ ± tα/2(n-2) × se(β̂)

回帰係数の信頼区間は自由度 n-2 の t 分布を用いて求める。

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316ある重回帰分析の表で、自由度調整済み決定係数 R*² が 0.4112、決定係数 R² が 0.4231 である。この関係について正しいのはどれか。

  1. AR*² < R²
  2. Bどちらも負の値である
  3. CR*² = R²
  4. DR*² > R²
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正解:AR*² < R²

自由度調整済み決定係数は、決定係数よりも常に小さいか等しい。

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317分散分析表において「F値」を計算する式として正しいのはどれか。

  1. AVA - Ve
  2. BVA / Ve
  3. CVA + Ve
  4. DVe / VA
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正解:BVA / Ve

F値は水準間の平均平方 VA を残差の平均平方 Ve で割って求める。

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318単回帰モデルにおいて、誤差項 εi がしたがうと仮定される正規分布はどれか。

  1. AN(μ, σ)
  2. BN(μ, 0)
  3. CN(0, σ²)
  4. DN(0, 0)
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正解:CN(0, σ²)

誤差項は平均0、分散 σ² の正規分布にしたがう。

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319ある物件の家賃 y を駅からの距離 x1、築年数 x2 で重回帰分析した。偏回帰係数 β1 の意味として正しいのはどれか。

  1. A駅からの距離と築年数が同時に増えた時の家賃の変化率
  2. B家賃に対する駅からの距離の寄与率
  3. C駅からの距離が 1m 増えた時の家賃の変化率
  4. D築年数を固定したとき、駅からの距離が 1m 増えた時の家賃の変化率
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正解:D築年数を固定したとき、駅からの距離が 1m 増えた時の家賃の変化率

偏回帰係数は、他の説明変数を固定した際の変化率である。

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320分散分析において、標本の数が増えるほど検定を繰り返すと何という問題が発生するか。

  1. A平方和の不一致
  2. B検定の多重性
  3. C分散の過大評価
  4. D多重共線性
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正解:B検定の多重性

検定を繰り返すと、第1種の過誤が発生しやすくなる「検定の多重性」の問題が生じる。

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321ある分散分析表で、水準間の自由度が 2、残差の自由度が 12 のとき、その F 分布の自由度はいくつか。

  1. A(2, 14)
  2. B(12, 2)
  3. C(14, 2)
  4. D(2, 12)
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正解:D(2, 12)

F 分布の自由度は (水準間の自由度, 残差の自由度) で表される。

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322回帰直線で残差平方和 Se が 0 になるのはどのような場合か。

  1. Aデータが100個以上ある場合
  2. B相関係数が0の場合
  3. Cすべての点が回帰直線上にある場合
  4. D説明変数が1つだけの場合
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正解:Cすべての点が回帰直線上にある場合

残差平方和が0ということは、観測値と予測値が完全に一致していることを意味する。

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323重回帰モデルにおけるダミー変数の値が 1 のときと 0 のときの解釈として正しいのはどれか。

  1. A1 は説明変数、0 は誤差項を表す
  2. B1 は有無の有、0 は無を表す
  3. C1 は無、0 は有を表す
  4. D1 は平均値、0 は分散を表す
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正解:B1 は有無の有、0 は無を表す

通常、ダミー変数は「ある」場合に1、「ない」場合に0を設定する。

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324単回帰モデルの回帰係数の検定において、t 値が 4.675 のとき、t 値の定義式として正しいのはどれか。

  1. At = β̂ × se(β̂)
  2. Bt = β̂ / se(β̂)
  3. Ct = β̂ - se(β̂)
  4. Dt = β̂ + se(β̂)
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正解:Bt = β̂ / se(β̂)

検定統計量 t は推定値を標準誤差で割った値である。

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325ある分散分析で、VA=20, Ve=4.833 のとき、F 値として正しいのはどれか。

  1. A4.14
  2. B15.17
  3. C96.66
  4. D0.24
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正解:A4.14

F値は VA / Ve = 20 / 4.833 ≒ 4.14 となる。

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326決定係数 R² の範囲として正しいものはどれか。

  1. A-1 ≤ R² ≤ 1
  2. B0 ≤ R² ≤ 1
  3. C-∞ < R² < ∞
  4. D0 < R² < 0.5
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正解:B0 ≤ R² ≤ 1

決定係数は0以上1以下の数値をとる。

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