ひよこ統計

上側確率点(パーセント点)

統計検定2級

上側確率点は、その点より右に残る面積がちょうど α \alpha になるように定めた、横軸上の点です。上側5%点といえば、右に 0.05 の面積を残す点を指します。面積をパーセントで言えば上側5%点、確率で言えば上側確率 0.05 の点で、どちらも同じものを指します。

P(X≥xα)=αP(X \ge x_{\alpha}) = \alpha
xα x_{\alpha} :上側確率点(求めたい横軸上の点)、α \alpha :その点より右に残る面積(上側確率)

標準正規分布表の利用 でも、確率のほうから z z を探す読み方が出てきました。上側確率点は、その読み方に名前と記号を与えたものです。標準正規分布表 を z z から確率へ引くのではなく、確率から z z へ引く。同じ紙面を逆向きに使います。

標準正規分布の確率密度曲線に、1.645 より右の領域が薄く、2.326 より右の領域が濃く塗り重ねられている。境界の位置には縦線が引かれ、濃い領域のほうが右側にある
残す面積を 0.05 から 0.01 へ細くすると、境界は 1.645 から 2.326 へ右に動く

薄い塗りが上側5%、その内側の濃い塗りが上側1%です。残す面積を細くすれば、境目は裾の奥へ遠ざかります。α \alpha と xα x_{\alpha} は逆向きに動く、と覚えておくと符号を取り違えません。

同じ 0.05 でも、分布が変われば点は変わります。標準正規分布 では 1.645 ですが、自由度5の カイ二乗分布 では 11.07 です。したがって「上側5%点」だけでは点が決まりません。どの分布の、いくつの自由度のものかまで指定して、はじめて1つに定まります。

記号はその指定を書き込む形になっています。標準正規分布なら zα z_{\alpha} 、自由度 ν \nu の t分布 なら tα(ν) t_{\alpha}(\nu) 、カイ二乗分布なら χα2(ν) \chi^2_{\alpha}(\nu) 、F分布 なら Fα(ν1,ν2) F_{\alpha}(\nu_1, \nu_2) です。添字の α \alpha が面積、括弧の中が自由度を表します。

下側の点を「上側の点に負号を付けたもの」として求められるのは、左右対称な分布に限られます。標準正規分布なら下側5%点は −1.645 -1.645 で正しいのですが、カイ二乗分布やF分布は左右対称ではなく、そもそも負の値をとりません。対称でない分布の下側の点は、別に求める必要があります。

この点は、推定や検定で「どこから先を珍しいとみなすか」の境目として使われます。すでに出てきた 1.96 や 1.645 という数値も、正体は標準正規分布の上側確率点です。

標準正規分布の上側5%点と上側2.5%点は、使い分けを間違えやすい組み合わせです。値はそれぞれ z0.05=1.645 z_{0.05} = 1.645 、z0.025=1.96 z_{0.025} = 1.96 。どちらを使うかは、外側に置く 5% を片側に寄せるか、左右に振り分けるかで決まります。

右だけに 5% を置くなら 1.645 です。左右に 2.5% ずつ分けるなら 1.96 を使い、外側の合計は 2×0.025=0.05 2 \times 0.025 = 0.05 でやはり 5% になります。同じ「5%」という言葉が、寄せ方しだいで別の点を指すわけです。区間推定で 1.96 が現れるのは、95% を真ん中に残して残りを左右へ 2.5% ずつ分けているからにほかなりません。

なお 1.645 は数表にそのまま載っている値ではありません。P(Z≥1.64)=0.0505 P(Z \ge 1.64) = 0.0505 、P(Z≥1.65)=0.0495 P(Z \ge 1.65) = 0.0495 の間を補間して得た値です。上側確率点は「表から拾う」というより「表から作る」ことのほうが多く、z0.01=2.326 z_{0.01} = 2.326 、z0.005=2.576 z_{0.005} = 2.576 も同じ手続きで得られています。

入門問題

全 4 問
問 1

自由度10のカイ二乗分布の上側5%点は 18.31 です。この 18.31 が意味することとして正しいものはどれですか。

問 2

標準正規分布について、P(∣Z∣≥c)=0.05 P(|Z| \ge c) = 0.05 を満たす c c はどれですか。ただし P(Z≥1.645)=0.05 P(Z \ge 1.645) = 0.05 、P(Z≥1.96)=0.025 P(Z \ge 1.96) = 0.025 とします。

問 3

標準正規分布の上側5%点は 1.645 です。では下側5%点、つまり左側の面積が 0.05 になる点はいくつですか。

問 4

標準正規分布の上側確率点 zα z_{\alpha} について、α \alpha を 0.05 から 0.01 へ小さくすると点はどう動きますか。