母比率の区間推定

必要であれば一般電卓を使用してよい。

 
ある地区で無作為に選ばれた 人に対して、ある番組の視聴を調査したところ視聴率は であった。
この地区全体での視聴率 $p$ の 信頼区間を求めよ。
区間の両端の数値が割り切れない場合は小数第4位まで答えよ(小数第5位を四捨五入せよ)。  

[解答]
$\hat{p}$ を標本比率とする。 標本サイズ は十分大きいとみなしてよく、
したがって中心極限定理および大数の法則から $\frac{\hat{p} - p}{\sqrt{ \frac{\hat{p}(1-\hat{p})}{n}}}$ が標準正規分布 $N(0,1)$ に従うとしてよい。
教科書の定理 8.18 や授業で導いた、母比率 $p$ に対する信頼係数 $1 - \alpha$ の信頼区間 \[ \hat{p} - z_{\alpha / 2} \sqrt{ \frac{\hat{p}(1-\hat{p})}{n} } \leq p \leq \hat{p} + z_{\alpha / 2} \sqrt{ \frac{\hat{p}(1-\hat{p})}{n} } \] に問題文の条件 や標準正規分布の上側 、標本比率の実現値 を代入して を得る。


[補足]
信頼区間は暗記するのではなく導出できることが望ましい。導出は次のように行う。
$\frac{\hat{p} - p}{\sqrt{ \frac{\hat{p}(1-\hat{p})}{n}}}$ が標準正規分布 $N(0,1)$ に従う(とみなしている)ので \[ P \left( -z_{\alpha/2} \leq \frac{\hat{p} - p}{\sqrt{ \frac{\hat{p}(1-\hat{p})}{n}}} \leq z_{\alpha/2} \right) = 1 - \alpha \] である。ただし、$z_{\beta}$ は標準正規分布の上側 $\beta$ 点である。
左辺のカッコの中を $p$ について解いた \[ \hat{p} - z_{\alpha / 2} \sqrt{ \frac{\hat{p}(1-\hat{p})}{n} } \leq p \leq \hat{p} + z_{\alpha / 2} \sqrt{ \frac{\hat{p}(1-\hat{p})}{n} } \] が母比率 $p$ に対する信頼係数 $1-\alpha$ の信頼区間である。