統計検定3級|流し読みレッスン 第42話

観測値の散らばりの尺度 ② 分散を求め、なぜ2乗するのか

さえちゃん
さえ

前回は偏差を2乗するところまで進んだね。今回は分散を完成させて、その意味を深掘りするよ!

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第42話

観測値の散らばりの尺度 ② 分散を求め、なぜ2乗するのか

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統計検定3級|流し読みレッスン 第42話

観測値の散らばりの尺度 ② 分散を求め、なぜ2乗するのか

前回は、B組の点数(50,60,70,80,90)で、偏差を2乗するところまで進みました。

偏差の2乗は、−20→400、−10→100、0→0、10→100、20→400でしたね。

ステップ④:偏差の2乗の平均を求めます。

(400+100+0+100+400)÷5=1000÷5=200です。

ステップ⑤:この値こそが「分散」です。

【記憶タイム】
分散
(ぶんさん)
偏差の2乗の平均。データの散らばりの大きさを表す値(記号 s²)
✍ 紙に3回書いてみよう

分散は記号でs²と書きます。B組の分散はs²=200です。

ステップ⑥:分散の平方根を取ります。平方根とは、2乗すると元の数に戻る値のことです。

これが「標準偏差」です。記号ではsと書きます。

平均70点を中心に標準偏差約14.14点の幅を示した数直線40100平均70標準偏差の幅(約±14.14点)(点数)

標準偏差=√200≒14.14点。これで6ステップが完了しました。

さえ

6ステップ、Excelなら関数一発だよ!VAR.P関数とSTDEV.P関数を覚えておこう!

ステップ③で偏差を2乗しましたが、これには理由があります。

なぜ単純に足したり、絶対値を取ったりしないのでしょうか。「空間で考える」イメージで掘り下げます。

3mと10m、長さの差は7m。

3mと10mの長さを比べた棒グラフ。差は7m33m1010m(長さ(m))

直感的に「7メートル分離れている」とすぐわかりますね。

ところが面積で考えるとどうでしょう。一辺3mの正方形は9m²、10mなら100m²です。

一辺3mと10mの正方形の面積を比べた棒グラフ。差は91m²93m四方の面積10010m四方の面積(面積(m²))

差はなんと91m²。同じ「3」と「10」でも、長さと面積では印象がまったく違います。

2乗するというのは、長さを面積に変換することと同じ操作なのです。

偏差を2乗するのは、「平均から離れている度合いを面積として捉える」という発想です。

偏差が小さければ2乗してもあまり大きくなりません。偏差が大きいと2乗でぐっと大きくなります。

つまり、平均から大きく外れた値ほど、はっきりと散らばりに反映されるのです。

外れ値が分散に強く効いてくる、というのはこのためです。

もう1つ理由があります。偏差をそのまま足すと必ず0になってしまうのでした。

2乗すればマイナスもプラスになるので、合計が0になりません。これで散らばりを数値化できます。

さえ

「2乗=面積」って考えると、分散が急に身近に感じない?数学のお約束じゃなくて、ちゃんと発想があるんだよ!

偏差を2乗するのは、散らばりを「長さ」ではなく「面積」として捉えるためだったのです。