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東北大学 1986年度 前期日程 第2次学力試験理系数学 第6問

3種類の品物A,B,Cがある.
Aを3個,Bを2個,Cを1個任意に選んで1つにまとめて1個の商品とする.
次の問に答えよ.

(1) 「Aには,A全体の116の不良品が含まれ,
Bには,B全体の19,Cには,C全体の125の不良品が含まれている.」
という仮説のもとで,全商品の中から,無作為に1個の商品を取り出したとき,
それが完全な商品である確率を求めよ.
ここで,完全な商品とは不良品が含まれていない商品のことである.

(2) 商品960個を無作為に抽出したところ,完全な商品は640個であった.
このことから,(1)の仮説は正しいと判断してよいかどうかを,
有意水準(危険率)5%で検定(両側検定)せよ.
必要ならば,付表を用いてもよい.

難易度6/ 10計算量4/ 10目安22分

確率、データの分析 独立性の利用、期待値、範囲評価

方針

(1) は、商品が完全であるためには、選ばれた A 3個、B 2個、C 1個がすべて良品である必要があるので、独立に良品率を掛ける。(2) は仮説のもとで完全な商品の個数 X が n=960、p=5/8 の二項分布に従うとみなし、平均と分散を求める。標準化した値を5%両側検定の棄却限界 1.96 と比べ、観測値640が仮説のもとで起こりにくいかを判断する。

解答

(1)
仮説のもとでは、A の良品率は 1−116=1516 であり、B の良品率は 1−19=89 であり、C の良品率は 1−125=2425 である。

1個の商品には A が3個、B が2個、C が1個含まれる。完全な商品であるためには、これらすべてが良品でなければならない。したがって求める確率は(1516)3(89)2(2425)である。これを約分すると 58 である。

(2) (1) の仮説が正しいとすると、完全な商品の個数を X とすれば、X は試行回数960、成功確率 5/8 の二項分布に従うと考えられる。したがって平均は 960⋅58=600 であり、分散は 960⋅58⋅38=225 である。標準偏差は 225=15 である。

観測された完全な商品の個数は640個なので、標準化すると Z=640−60015=83 である。これは約 2.67 である。

5%の両側検定では、標準正規分布による棄却域はおよそ ∣Z∣>1.96 である。ここでは 83>1.96 であるから、観測値は棄却域に入る。したがって、5%の有意水準では仮説を棄却する。

よって、(1) の仮説は 正しいと判断してよいとはいえない である。

別解

解法2(採択域を個数で表示)

方針

完全品率を良品率の積で求める。仮説のもとで個数の平均・標準偏差を出し、5%両側検定の採択域を実際の個数の区間へ戻して640が外れることを判定する。

解答

(1)
完全品率は(1516)3(89)2(2425)=58.(2)
仮説が正しいとき、960商品の完全品数 X の平均と標準偏差はμ=960⋅58=600,σ=960⋅58⋅38=15.5%両側検定で仮説を棄却しない範囲は、標準正規分布の 1.96 を用いて600−1.96⋅15≦X≦600+1.96⋅15.すなわち、およそ570.6≦X≦629.4である。観測値640はこの範囲外であり、標準化した値も640−60015=83>1.96となる。よって5%の有意水準で仮説を棄却し、「正しいと判断してよい」とはいえない。

総評

良品率の積と二項分布の正規近似による両側検定で、目安は22分。Aを3個、Bを2個使う指数を落とさず、平均600・標準偏差15を出す。640は採択域の上限付近ではなく明確に外側で、結論は仮説を棄却するとなる。

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出典: 東北大学 1986年度 前期 数学。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。