演習問題の解答     Last modified: May 16, 2002

  1. 標本比率は $\hat{p} = \displaystyle \frac{m}{n}$ である。

  2. $\hat{p}$ は $\mathcal{N}\left (p,\ \displaystyle \frac{p\ (1-p)}{n} \right )$ の正規分布で近似できるので

    \[ Z = \frac{\hat{p}-p}{\sqrt{\displaystyle \frac{p\ (1-p)}{n}}} \] は標準正規分布 $\mathcal{N}(0, 1^2)$ に従うとみなせる。

  3. 正規分布表より \[ \Pr\{ \left | \ Z \ \right | \leqq z_{\alpha/2} \} = 1 - \alpha \] となるような $z_{\alpha/2}$ を求める

    \[ \begin{align*} \Pr\ \left \{ \frac{\left |\ \hat{p}-p\ \right |}{\sqrt{\displaystyle \frac{p\ (1-p)}{n}}} \leqq z_{\alpha/2}\right \} &= \Pr\ \left \{ \left |\ \hat{p}-p\ \right | \leqq z_{\alpha/2}\ \sqrt{\displaystyle \frac{p\ (1-p)}{n}} \right \} \\ &= 1-\alpha \end{align*} \]

  4. 根号の中の $p$ を $\hat{p}$ で近似する。

    \[ \begin{align*} \Pr\ \left \{ \left |\ \hat{p}-p\ \right | \leqq z_{\alpha/2}\ \sqrt{\displaystyle \frac{p\ (1-p)}{n}} \right \} &= \Pr\ \left \{ \hat{p}-z_{\alpha/2}\ \sqrt{\displaystyle \frac{\hat{p}\ (1-\hat{p})}{n}} \leqq p \leqq \hat{p}+z_{\alpha/2}\ \sqrt{\displaystyle \frac{\hat{p}\ (1-\hat{p})}{n}} \right \} \\ &= 1-\alpha \end{align*} \]

  5. よって, $p$ の $100\ (1-\alpha)\%$ 信頼区間は

    \[ \left [ \ \hat{p}-z_{\alpha/2}\ \sqrt{\displaystyle \frac{\hat{p}\ (1-\hat{p})}{n}}\ , \ \ \ \hat{p}+z_{\alpha/2}\ \sqrt{\displaystyle \frac{\hat{p}\ (1-\hat{p})}{n}} \ \right ] \] となる。


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