大学入学共通テスト 2022年(令和4年) 本試 数学Ⅰ 第4問 解説

(1)

最初に四分位数などの復習だ。

復習

第1四分位数
データの下位半分の中央値。
データの大きさが奇数のときは、全体の中央値を除いて偶数にし、その下位半分の中央値をとる。

第2四分位数
中央値に等しい。
データの大きさが偶数のときには、中央2数の平均値。

第3四分位数
データの上位半分の中央値。
データの大きさが奇数のときは、全体の中央値を除いて偶数にし、その上位半分の中央値をとる。

四分位範囲
第3四分位数第1四分位数。

範囲
最大値最小値。

復習より、29か国のデータを小さい順に並べると、図Aができる。

図A
大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 解説図A

図Aのように、
第1四分位数は、小さい方から7番目と8番目の値の平均値 中央値は、小さい方から(大きい方からでもいいけど)15番目の値 第3四分位数は、大きい方から7番目と8番目の値の平均値 だ。


これをもとに 問題文中の図1,図2に四分位数の位置などを書き込むと、図Bのようになる。

図B
大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 解説図B

図Bで、
緑は 第1四分位数が含まれる階級 黄色は 中央値が含まれる階級 青は 第3四分位数が含まれる階級 を表している。

また、
範囲は、オレンジの矢印の
太線部分 < 範囲 < 矢印全体
四分位範囲は、赤い矢印の
太線部分 < 四分位範囲 < 矢印全体
である。


図Bで2009年度と2018年度を比較すると、

中央値が含まれる階級(黄色い階級)は変わっていない

解答ア:2

第1四分位数が含まれる階級(緑の階級)も変わっていない

解答イ:2

第3四分位数が含まれる階級(青い階級)は
2009年度では60以上75未満 2018年度では45以上60未満 なので、階級値は2018年度の方が小さい

解答ウ:0

範囲(オレンジの矢印)は、
2009年では
9階級分の幅 < 範囲
2018年では
範囲 < 9階級分の幅
なので、2018年度の方が小さい

解答エ:0

四分位範囲(赤い矢印)は、
2009年では、
2階級分の幅 < 四分位範囲 < 4階級分の幅
2018年では、
1階級分の幅 < 四分位範囲 < 3階級分の幅
なので、どちらが大きいかは分からない。

解答オ:3

ことが分かる。

(2)

いつものように復習から始めよう。
今回は、箱ひげ図の復習だ。

復習

大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 復習図

以下、「2009年度における教育機関1機関あたりの学習者数」を、単に「学習者数」と書く。

復習より、問題文中の図3から、学習者数の
最小値は50前後 第1四分位数は50から100の間 第3四分位数は200から250の間 最大値は450から500の間 であることが分かる。

また、(1)の図Aで考えたように、

また、(1)の図Aで考えたように、
第1四分位数は
小さい方から7番目と8番目の値の平均値
第3四分位数は
大きい方から7番目と8番目の値の平均値
だった。

だった。

以上より、選択肢の散布図のうち、学習者数(横軸)を見て 左端の点が50前後条件A 左から7番目と8番目の点の
平均値が50から100の間条件B
右から7番目と8番目の点の
平均値が200から250の間条件C
右端の点が450から500の間条件D
を満たすものが正解だ。

これを頭に置いて、問題文中の選択肢の散布図をひとつずつ確認しよう。
以下の⓪~③に載せた値は、すべて学習者数(横軸)のものである。


右から7番目と8番目の点(図Cの赤い点)が、両方とも250より右にある。
なので、この2つの点の平均値も250より大きい。
条件Cに合わないので、不適。

図C
大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 解説図C

右端の点(図Dの赤い点)が400から450の間にある。
条件Dに合わないので、不適。

図D
大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 解説図D

条件A~Dの全部に合っているように見えるから、一旦保留だ。

左から7番目と8番目の点(図Eの赤い点)が、両方とも100より右にある。
なので、平均値も100より大きい。
条件Bに合わないので、不適。

図E
大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 解説図E

以上より、学習者数(横軸)の分布を確認するだけで、答えが見つかった。

正しい散布図は、選択肢の

である。

解答カ:2

(3)

復習

データ{x1,x2,,xn}{y1,y2,,yn}があり、
それぞれの標準偏差をsxsy {x}{y}の共分散をsxy とするとき、{x}{y}の相関係数rxyは、
rxy=sxysxsy
である。

復習より、STの相関係数は、
735.339.3×29.9=73532451×10393131×299=2451039169=0.625 となる。

これを小数第3位で四捨五入して、正解は
0.63
である。

解答キ:0, ク:6, ケ:3

(4)

次は、選択肢の散布図の中から Sの平均値が81.8で、Tの平均値が72.9
条件E
STの相関係数が0.63条件F
であるものを探す問題だ。

まず、選択肢の⓪,①だけど、STともに平均値が100前後に見える。
条件Eに合わないので、⓪,①は不適。

残る②,③のどちらかが正解なんだけど、ここで相関係数と散布図の復習をしておこう。

復習

以下の散布図は、横軸・縦軸ともに矢印方向が大きい値とする。

大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 復習図

左端の図のように すべての点が右上がりの直線上にあれば、相関係数は+1 右端の図のように 右下がりの直線上にあれば、相関係数は1 点の分布が直線的な配置から乱れるにつれて、相関係数は0に近づく

ただし、点が直線的に分布していても、次の図のように縦軸や横軸に平行なときには、相関係数は0に近い値になる。

大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 復習図

(誤解しないでほしいのだけど、分布の傾きが0に近づけば相関係数も0に近づくという意味ではない。ページをつくって詳しく解説したいけど、当分先の話になるかも。)

特に、下の図のように点が完全に軸に平行に分布しているとき、相関係数は計算できないため存在しない。

大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 復習図

で、選択肢の散布図の②と③を見比べて、条件Fの相関係数が0.63である方を選ぶ。
②は点がかなりばらばらに分布している。相関係数は0.5より小さそうだ。(計算してみたら、約0.43だった。)

よって、正解は

である。

解答コ:3

アドバイス

以上のような解説だと、納得できない人も多いと思う。
「⓪,①は不適」の部分は大丈夫だと思うけど、問題は「②の相関係数は0.5より小さくて」の部分だ。
散布図を見慣れていれば何となく想像がつくけど、「そんなの分からん」って人がほとんどじゃないだろうか。
なので、見慣れよう。

以下に、相関係数が0.5のときの散布図をいくつか載せておいた。
ながめてイメージをつかんでほしい。

大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 アドバイス図 大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 アドバイス図 大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 アドバイス図 大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 アドバイス図 大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 アドバイス図 大学入学共通テスト2022年本試 数学Ⅰ第4問 アドバイス図

(5)

問題文中の表3を完成させるんだけど、問われているのは3つの階級なので、その部分だけを考えよう。

問題文中の表2を見ると、7か国の教員1人あたりの学習者数は
30以上60未満が1か国 60以上90未満はなし 90以上120未満が1か国 ある。

問題文中の図5から、29か国の教員1人あたりの学習者数は
30以上60未満は、11+2=13か国 60以上90未満は、1+2=3か国 90以上120未満は、1+0=1か国 と読み取れる。

図5の階級幅は、表2,表3の半分なので注意。

以上より、7か国と29か国を合わせた36か国の国数は
30以上60未満が、13+1=14か国 60以上90未満が、3+0=3か国 90以上120未満が、1+1=2か国 であることが分かる。

解答サ:1, シ:4, ス:3, セ:2


ここで思い出しておくと

復習

平均=合計国数 合計=平均×国数

だった。

いま問われている36か国の平均値とは、
36か国の合計36式A
のこと。

なので、式Aは
29か国の合計+7か国の合計36式B
とかける。

復習より
29か国の合計=29か国の平均×29か国の国数 7か国の合計=7か国の平均×7か国の国数 なので、
29か国の合計=44.8×29 7か国の合計=62.6×7 といえる。

よって、式Bは
44.8×29+62.6×7 36 式C
と表せる。

これと同じ式は、選択肢のうちの

である。

解答ソ:2


(Ⅰ),(Ⅱ)については、ひとつずつ考えよう。

(Ⅰ)

式Cは
値が44.8である29か国と、62.6である7か国の平均 を求める式と同じだ。
なので、式Cの計算結果、つまり36か国の平均は、44.862.6の間にある。
言いかえると、36か国の平均は、29か国の平均と 7か国の平均の間にある。
よって、(Ⅰ)は誤り。

(Ⅱ)

思い出しておくと、

復習

標準偏差は、分散の正の平方根

なので、
分散=(標準偏差)2
だ。

いま、問題文中の表4から
29か国の標準偏差<7か国の標準偏差
なので、
(29か国の標準偏差)2<(7か国の標準偏差)2
より
29か国の分散<7か国の分散
であることが分かる。

よって、(Ⅱ)は正しい。

以上より、解答群のうち正しいのは

である。

解答タ:2