用語比較
母集団分布と標本分布の違い|標本平均の分布と標準誤差(統計検定2級)
母集団分布は、調べたい集団の個々の値がどう散らばっているかを表す分布です。標本分布は、標本を取り直すたびに変わる標本平均などの統計量が、どう散らばるかを表す分布です。統計検定2級の公式出題範囲表は、標本分布の学習用語に「標本平均の期待値・分散」「大数の法則」「中心極限定理」を並べています。
違いは、何の値の分布かです。母集団分布の横軸は個々の観測値、標本分布の横軸は標本平均のような、標本から計算した値です。標本平均の分布の中心は母平均μ、ばらつき(標準偏差)は標準誤差σ/√nで表します。
このページは、標本分布という言葉が、母集団の分布とどう違うのか言い切れない人を対象にしています。横軸の対象、ばらつき、標本サイズの影響の三点で整理します。
この記事の目次
この記事の根拠と出典
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結論
母集団分布
調べたい集団の個々の値の分布。平均が母平均μ、標準偏差がσ。標本の大きさnを変えても変わらない。
標本分布
標本を取り直したときの、標本平均などの統計量の分布。標本平均の場合、中心は母平均μ、標準偏差は標準誤差σ/√nで、nが大きいほど小さくなる。
違いを表で確認
| 比較軸 | 母集団分布 | 標本分布 |
|---|---|---|
| 分布の対象 | 集団の個々の値 | 標本から計算した統計量(標本平均など) |
| ばらつきの呼び方 | 標準偏差σ | 標準誤差(標本平均なら σ/√n) |
| 分散 | 母分散σ² | 標本平均の分散σ²/n |
| 標本サイズnの影響 | 受けない | nが大きいほどばらつきが小さくなる |
| 分布の形 | 元のデータの形(偏りがあってもよい) | nが大きいと、元の分布によらず近似的に正規分布(中心極限定理) |
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標本分布を、手元のデータのヒストグラムと思っている人
手元の標本のヒストグラムは、1回分の標本の中身を示します。標本分布は、標本を何度も取り直したときの標本平均の分布で、1回の標本からは見えません。
標準偏差と標準誤差を、同じものと思っている人
標準偏差σは個々の値のばらつき、標準誤差σ/√nは標本平均のばらつきです。対象が違うので、標準誤差はnが大きくなると小さくなります。
標本サイズを増やすと、分布の形が正規分布になると思っている人
nを増やしても、母集団分布そのものは変わりません。近似的に正規分布に近づくのは、標本平均の標本分布です。
具体例で使い分ける
例 1
標準誤差を求める
説明のために作った例です。母標準偏差σ=10の母集団から、大きさn=25の標本を取って標本平均を計算します。
- 標本平均の標準偏差である標準誤差は、σ/√n=10÷√25=10÷5=2です。
- 標本平均の分散は、σ²/n=100÷25=4で、標準誤差2の2乗と一致します。
結論: 答えは標準誤差2、標本平均の分散4です。個々の値のばらつき10より、標本平均のばらつき2のほうが小さくなります。
例 2
標本サイズを増やしたときの変化を答える
説明のために作った例です。同じ母集団(σ=10)で、標本サイズをn=25からn=100に増やしたとき、標準誤差がどうなるか問われています。
- n=100の標準誤差は、10÷√100=10÷10=1です。
- nを4倍にすると、√nは2倍になり、標準誤差は半分になります。母標準偏差σは10のまま変わりません。
結論: 答えは標準誤差が2から1に半分になるです。変わるのは標本平均の分布のばらつきで、母集団分布は変わりません。
例 3
どちらの分布の話か見分ける
説明のために作った例です。問題文に、「標本平均の分布の標準偏差は、標本サイズの平方根に反比例する」という記述があり、母集団分布か標本分布かを問われています。
- 標本平均という統計量の分布を述べているので、標本分布の話です。
- 標準偏差が√nで小さくなるのは、標準誤差σ/√nの性質です。
結論: 答えは標本分布です。「標本平均の」「標準誤差」「nが大きいほど」が出たら標本分布を第一候補にします。
問題文から答えを選ぶ手順
- 1
何の値の分布かを見る
個々の観測値なら母集団分布、標本平均のような統計量なら標本分布です。
- 2
ばらつきの名前を見る
標準偏差σは個々の値、標準誤差は標本平均のばらつきです。
- 3
標本サイズnが出るかを見る
nで小さくなるばらつきは標本分布のものです。母集団分布はnで変わりません。
- 4
形の話は中心極限定理で確かめる
nが大きいとき、標本平均の標本分布は元の分布によらず近似的に正規分布になります。
試験での見分け方
- 1個々の値の分布が母集団分布、標本平均などの分布が標本分布。
- 2標本平均の標準偏差は標準誤差σ/√n、分散はσ²/n。
- 3標本サイズnを増やすと、標準誤差は小さくなるが、母集団分布は変わらない。
- 4nが大きいとき、標本平均の標本分布は近似的に正規分布(中心極限定理)。
誤答しやすい選択肢
標本分布を、1回分の標本のヒストグラムと書く
修正: 標本分布は、標本を取り直したときの統計量の分布です。1回の標本の中身を示すものではありません。
標準誤差をσ/nと書く
修正: 標本平均の標準誤差はσ/√nです。分散がσ²/nで、その平方根になります。
標準誤差を、標本分散の別名と書く
修正: 標準誤差は標本平均の標準偏差です。分散ではなく、分散の平方根にあたります。
nを増やすと母集団の分布が正規分布になると書く
修正: 母集団分布は変わりません。近似的に正規分布になるのは、標本平均の標本分布です。
確認問題
Q1母標準偏差σ=10、標本サイズn=25のとき、標本平均の標準誤差は。
答え: 2
σ/√n=10÷5です。
Q2母分散σ²=100、標本サイズn=25のとき、標本平均の分散は。
答え: 4
σ²/n=100÷25です。
Q3標本サイズを4倍にすると、標本平均の標準誤差は何倍になるか。
答え: 1/2倍
標準誤差はσ/√nなので、√4=2で割ることになります。
Q4標本サイズが大きいとき、元の分布によらず近似的に正規分布になる分布は、母集団分布と標本分布のどちらか。
答え: 標本分布(標本平均の分布)
中心極限定理は、標本平均の標本分布について述べるものです。
到達チェック
- 母集団分布と標本分布の横軸の違いを言える
- 標本平均の分散σ²/nと標準誤差σ/√nを計算できる
- 標準偏差と標準誤差の対象の違いを言える
- 標本サイズを増やしたときに変わるものと変わらないものを言える
- 中心極限定理が標本平均の分布の話だと言える
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よくある質問
Q標本分布とは?
標本を取り直したときに、標本平均などの統計量がどう散らばるかを表す分布です。個々の値の分布である母集団分布とは、分布の対象が違います。
Q標準誤差とは?
標本平均の標準偏差です。母標準偏差をσ、標本サイズをnとすると、σ/√nで表します(NIST/NBS Special Publication 747)。
Q標本サイズを増やすと何が変わる?
標本平均の分布のばらつき(標準誤差)が小さくなります。母集団分布そのものは変わりません。
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執筆: ミナト編集部(運営者情報を見る)
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