【質問】数学(高校):仮説検定の範囲で、対立仮説と帰無仮説とはどういうものなのか教えてほしいです

〔質問〕

仮説検定の範囲で、対立仮説と帰無仮説という語句を習いましたが、それぞれどういうものなのか教えてほしいです。

〔回答〕

品質調査やアンケートを行った際、その結果についてどういう判断を下すべきかが問題となります。

例えば、アンケートで「70%の人が『はい』」と答えたとき、ふつうは単に「『はい』が多い」くらいで処理すると思いますが、
統計学的には「実態は50%程度なのに、たまたま70%という数値が得られてしまっただけなのでは?」ということまで確認したい、というのがこの仮説検定です。
(たまたま「はい」に偏ったアンケートになってしまっていたかどうか)

要は、そもそも一部分のデータにすぎないアンケート結果をそのまま信じていいのかどうかという話です。

このときの「実態は50%」という、(ふつうは)却下したい・そうでなかって欲しいと思うものが「帰無仮説」で、
一方の「『はい』が多い」という、正しいかどうかを判断したいものが「対立仮説」です。

〔詳細〕

そもそもの話として、一番正確なのは「全員を調査する」ことです。
例えば10,000人全員にアンケートを取れば正確なデータが得られます。

ただ、それはあまり現実的でないため数人に限り、しかもふつうは1回(~数回)のアンケートしかとれません。
そういう事情の下で、例えば「7人が『はい』、3人が『いいえ』」のアンケート結果が得られたときに、

(1)「本当は7,000人が『はい』、残り3,000人が『いいえ』」で、アンケートとしても「7人が『はい』、3人が『いいえ』」だった。

(2)「本当は5,000人が『はい』、残り5,000人が『いいえ』」で、アンケートとしては「7人が『はい』、3人が『いいえ』」だった。(不覚にもアンケートの対象者に偏りがあった)

みたいなパターンがいくらでも考えられるわけです。
 
 
たしかに (2) のようなケースは「たまには」起こってしまうわけです。
ただ、アンケートを何回もするわけにもいきませんので、その「たまには」がどれくらいのものなのかを、コイントスなど(← 実際の問題で与えられているもの)で代わりに実験してみるわけです。

実験の結果、例えば「(確率が1/2の下で10枚中7枚が表になることは)100回に5回くらいは起こること」というのを得たとすると、アンケート結果としても (2) になることは「アンケート100回につき5回くらいは起こること」というように考えることができます。

この「100回に5回」が頻度として少ない(=事故みたいなもの)と考えるなら、アンケート結果が (2) パターンだったとは考えづらい(つまり、ふつうに実態としても『はい』が多い」)と結論付ければいいですし、
「100回に5回」が頻度として高い(「100回に5回も起こりうるのか!」)と考えるなら、アンケート結果は (2) パターンだった可能性もある、と考えることになります。
(※ 実際の問題で「基準となる確率」として与えられているものとの比較)

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

 
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