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母平均を区間で推定する(信頼区間)

📖 言葉で読む:正規分布 →
母平均を区間で推定する(信頼区間)全4問
μ−σμ+σμ296298300302304306308標本平均 302
① 考えてみよう

ある工場の飲料は、1本の内容量にばらつきがあるよ。母標準偏差は20mLとわかってる。無作為に100本調べたら平均は302mLだった。本当の平均(母平均)はどのへんかな?

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  1. ① 考えてみよう
  2. 1

    ある工場の飲料は、1本の内容量にばらつきがあるよ。母標準偏差は20mLとわかってる。無作為に100本調べたら平均は302mLだった。本当の平均(母平均)はどのへんかな?

  3. 2

    標本平均は302mL。でも本当の平均がちょうど302ぴったりとは限らないね。「だいたいこの幅の中」と、どれくらいの広さで言えるかな?

  4. ② 考え方
  5. 3

    標本平均は母平均ぴったりにはならず、母平均を中心に山(正規分布)に散らばるんだ。調べる本数が多いほど平均はぶれにくいから、散らばり=標準誤差は SE=σn=20100=2SE=\dfrac{\sigma}{\sqrt{n}}=\dfrac{20}{\sqrt{100}}=2mL と n\sqrt{n} で割る形になるよ。

  6. 4

    本編で見たね。山の中央 ±1σ\pm1\sigma(むらさきの帯)には、いつも約68%が入る。いまは 1σ=SE=21\sigma=SE=2mL ぶんの幅だね。

  7. 5

    もう少し確実に「95%」にしたいなら、少し広げて ±1.96σ\pm1.96\sigma。この幅の中に、標本平均の95%が入るんだ。68%より少しだけ広いね。

  8. 6

    σ\sigma のかわりに SESE を使うと、95%ぶんの幅は 1.96×SE=1.96×2=3.92≈3.91.96\times SE=1.96\times2=3.92≈3.9mL。これを標本平均302の左右にとると、下の区間ができるよ。

  9. ③ 解答
  10. 7

    だから母平均の95%信頼区間は 302±3.9302\pm3.9、つまり約298.1mL〜305.9mL。この区間が母平均をとらえている、と95%の自信で言えるんだ。

  11. 8

    見つけるコツ: 標本平均を中心に ±1.96×σn\pm1.96\times\dfrac{\sigma}{\sqrt{n}} だけ広げるだけ。調べる本数 nn が増えるほど SESE が小さくなり、区間がきゅっと狭まって精度が上がるよ。

答案の書き方(記述例)

解き方がわかったら、次は答案に書く番。テストの解答用紙には、こんなふうに書けば伝わるよ。

母平均を μ\mu mL とする。母標準偏差は σ=20\sigma = 20 mL、標本の大きさは n=100n = 100、標本平均は x‾=302\overline{x} = 302 mL である。

nn が大きいので、標本平均は、母平均を中心とし標準偏差が σn\frac{\sigma}{\sqrt{n}} の正規分布に従うとみなせる。

標準誤差は σn=20100=2010=2\frac{\sigma}{\sqrt{n}} = \frac{20}{\sqrt{100}} = \frac{20}{10} = 2 mL

正規分布では、平均から標準偏差の 1.961.96 倍までの範囲に全体の 9595% が入るので、95% ぶんの幅は 1.96×2=3.921.96 \times 2 = 3.92

よって母平均の95%信頼区間は 302−3.92≦μ≦302+3.92302 - 3.92 \leqq \mu \leqq 302 + 3.92

298.08≦μ≦305.92298.08 \leqq \mu \leqq 305.92

答え 302±3.9302 \pm 3.9 mL(約 298.1298.1 mL から 305.9305.9 mL)

減点されやすいポイント

幅は 1.96×σn1.96 \times \frac{\sigma}{\sqrt{n}} で、σ\sigma を n\sqrt{n} でわるのを忘れると 1.96×20=39.21.96 \times 20 = 39.2 で 302±39.2302 \pm 39.2 mL になってしまうよ。標準誤差の 22 だけで止めて 302±2302 \pm 2 mL にすると、それは約68% の幅で95% には足りないね。「95%」の意味は、この方法で区間を作ると100回のうち約95回は母平均をふくむ、ということだよ。

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