Metodologia della ricerca e statistica per la psicologia: pacchetto last-minute

Formulari, i passaggi chiave del metodo per ogni argomento e 16 esercizi, con le soluzioni complete in fondo.

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1Formule e metodi

Statistica descrittiva

Media
x̄ = Σx/n
Deviazione standard campionaria
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valore centrale dei dati ordinati
Punteggio z
z = (x − μ)/σ
Distribuzione normale
68% entro ±1σ, 95% entro ±2σ

Probabilità

Complementare
P(not A) = 1 − P(A)
Regola della somma
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Eventi indipendenti
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilità condizionata
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomiale
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Distribuzione normale

Punteggio z
z = (x − μ)/σ
Sotto x
P(X < x) = Φ(z)
Sopra x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Tra due valori
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentile
x = μ + z·σ

Metodo

  1. Converti il valore in un punteggio z: z = (x − μ)/σ.
  2. Cerca Φ(z), l’area a sinistra di z.
  3. Per l’area a destra usa 1 − Φ(z); per un intervallo sottrai le due aree a sinistra.
  4. Per un percentile procedi a ritroso: trova z per l’area, poi x = μ + z·σ.

Intervalli di confidenza

σ nota
x̄ ± z·σ/√n
σ incognita
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z critico
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Numerosità campionaria
n = (z·σ/E)², rounded up

Metodo

  1. Scegli tra z (σ della popolazione nota) e t (solo la s del campione, con n − 1 gradi di libertà).
  2. Trova il valore critico per il livello di confidenza.
  3. Margine di errore: E = valore critico × deviazione standard/√n.
  4. Intervallo: x̄ ± E.

Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Test z per una media
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Test t per una media
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Bilaterale al 5%
rifiuta H0 se |z| > 1,96
Intervallo di confidenza
x̄ ± z·σ/√n

Metodo

  1. Formula H₀ e H₁ e stabilisci se il test è unilaterale o bilaterale.
  2. Calcola la statistica test: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), oppure con s e t.
  3. Confrontala con il valore critico, oppure trova il p-value.
  4. Rifiuta H₀ se la statistica supera il valore critico (p inferiore ad α) ed esprimi la conclusione a parole.

Regressione lineare e correlazione

Somme dei quadrati
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Pendenza
b = Sxy/Sxx
Intercetta
a = ȳ − b·x̄
Correlazione
r = Sxy/√(SxxSyy)
Residuo
e = y − ŷ

Test chi quadrato

Statistica test
χ² = Σ(O − E)²/E
Bontà dell’adattamento
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
Indipendenza
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
Valori critici (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
Decisione
rifiuta H0 se χ² > χ²crit

2Esercizi

1.Metodi di ricerca in psicologiaMedia

Un ricercatore studia l'effetto del genere sui punteggi di memoria. Perché si tratta di un quasi-esperimento e non di un vero esperimento?

  1. ALo studio si svolge in laboratorio
  2. BLa VI è una caratteristica preesistente, quindi i partecipanti non possono esservi assegnati a caso
  3. CLa VD non viene misurata
  4. DCi sono solo due condizioni, e un vero esperimento richiede almeno tre livelli della VI
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Le misure della dimensione dell'effetto come la d di Cohen vengono riportate perché:

  1. AMostrano quanto è grande un effetto, indipendentemente dalla dimensione del campione
  2. BEliminano la necessità di qualsiasi ipotesi
  3. CIndicano quanti partecipanti hanno abbandonato
  4. DMostrano se il risultato è statisticamente significativo al livello alfa scelto
3.Statistica descrittivaMedia
202530354045

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 20, 40, 46, 17, 49.

n = 5
s =
4.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 100 e deviazione standard 10. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 92?

μ = 100σ = 10x = 92
P =
5.ProbabilitàMedia
n = 15k = 5N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 5 persone da un gruppo di 15? L'ordine non conta.

n = 15k = 5
N =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)100,25200,25300,35400,15μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 0,5X + 5. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,25, 0,25, 0,35, 0,15Y = 0,5X + 5
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
750 g769,7 gX + Y?

X è normale con media 250 g e deviazione standard 4 g; Y è indipendente e normale con media 500 g e deviazione standard 9 g. Trova la probabilità P che X + Y sia maggiore di 769,7 g. Arrotonda z a due decimali.

μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 769,7 g
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
235240245250255260265gin basso 85%

I valori di i pesi dei sacchetti sono distribuiti normalmente con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trascina la soglia in modo che il 85% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 250 gσ = 5 g85%
x = g
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 9, sd​ = 5,70LUd̄ = 4,3E = ?90%

La pressione arteriosa di 9 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media 4,3 e deviazione standard 5,7. Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 90% per la differenza media.

n = 9d̄ = 4,3sd = 5,790%t(8) = 1,86
E = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 38, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

La deviazione standard della popolazione è 38. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 99 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 2?

σ = 38E = 299%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,99801,998

Un campione di 64 studenti ha un punteggio medio di 46,13 e una deviazione standard campionaria di 10. Trova la statistica test t per H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 46,13s = 10n = 64
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −2,57602,576

Un campione di 49 misure ha media 121. La deviazione standard della popolazione è 5. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 99 % per la media.

x̄ = 121σ = 5n = 4999%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy2841562383110391251xy5102040

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 6
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy130224323421518xy24202530ŷ = 25

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 25?

n = 5ŷ = 25
x =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti245026100personale8223060Totale327256160

La tabella di contingenza riporta le frequenze osservate. Calcola la statistica chi quadrato χ² per il test di indipendenza tra la variabile di riga e quella di colonna. Non usare la correzione di continuità.

N = 1602 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
sìnoTotalelinea 1394180linea 24852100linea 32575100Totale112168280dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

La tabella riporta le frequenze osservate. Verifica con α = 0,05 se le due variabili sono indipendenti (senza correzione di continuità). Calcola la statistica test χ², poi confrontala con il valore critico della tabella.

N = 2803 × 2α = 0,05
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · La VI è una caratteristica preesistente, quindi i partecipanti non possono esservi assegnati a caso

Perché è questa la risposta

In un quasi-esperimento la VI è una differenza tra le persone che esiste naturalmente. Senza assegnazione casuale, altre differenze tra i gruppi possono confondere i risultati.

Risposta

B · La VI è una caratteristica preesistente, quindi i partecipanti non possono esservi assegnati a caso
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Mostrano quanto è grande un effetto, indipendentemente dalla dimensione del campione

Perché è questa la risposta

Con campioni grandi anche effetti minimi possono essere significativi. Le dimensioni dell'effetto esprimono l'entità di una differenza, ad es. d = 0,2 piccola, 0,5 media, 0,8 grande.

Risposta

A · Mostrano quanto è grande un effetto, indipendentemente dalla dimensione del campione
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 14,91

Statistica descrittiva: la media è la somma divisa per n; la mediana è il valore centrale dei dati ordinati (la media dei due centrali se n è pari). La deviazione standard campionaria è s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un punteggio z = (x − μ)/σ dice a quante deviazioni standard dalla media si trova un valore.

Media

x̄ = 172/5 = 34,4

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−14,4)² + 5,6² + 11,6² + (−17,4)² + 14,6² = 889,2

Deviazione standard

s = √(889,2/4) = 14,91

Risposta

s = 14,91
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,2119

Statistica descrittiva: la media è la somma divisa per n; la mediana è il valore centrale dei dati ordinati (la media dei due centrali se n è pari). La deviazione standard campionaria è s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un punteggio z = (x − μ)/σ dice a quante deviazioni standard dalla media si trova un valore.

Standardizza

z = −0,8

Tavola della normale standard

Φ(−0,8) = 0,2119
P = 0,2119

Risposta

P = 0,2119
5.Probabilità

Risposta: N = 3003

Probabilità: con esiti equiprobabili, P(A) = casi favorevoli/casi possibili. Per eventi indipendenti si moltiplica: P(A e B) = P(A)·P(B). Il complementare aiuta spesso: P(almeno uno) = 1 − P(nessuno). Binomiale: in n prove indipendenti con probabilità di successo p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Combinazioni

C(15, 5) = (15·14·13·12·11)/(5·4·3·2·1) = 3003

Risposta

N = 3003
6.Probabilità

Risposta: σY = 5,099

Variabili aleatorie discrete: una distribuzione di probabilità elenca ogni valore x che una variabile può assumere con la sua probabilità p(x); le probabilità sono comprese tra 0 e 1 e sommano a 1. Il valore atteso (media) è E(X) = Σx·p(x), la media a lungo termine. La varianza è Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², e la deviazione standard è σ = √Var(X). Per una trasformazione lineare Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) e σY = |a|·σX; aggiungere una costante non cambia la dispersione.

Dispersione di X

μ = 24, Var(X) = 104, σX = 10,2

Trasformazione lineare

σY = |0,5|·10,2 = 5,099

Risposta

σY = 5,099

La media invece si sposta: E(Y) = 0,5·24 + 5 = 17.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,02275

Somme e differenze di variabili normali: se X e Y sono indipendenti e normali, anche X + Y e X − Y sono normali. Le medie si sommano o si sottraggono: E(X ± Y) = μX ± μY. Le varianze si sommano sempre, anche per una differenza: Var(X ± Y) = σX² + σY², quindi σ = √(σX² + σY²). Le deviazioni standard non si sommano mai direttamente. Il totale di n elementi indipendenti con la stessa distribuzione ha media n·μ e deviazione standard σ·√n. Poi standardizza come al solito: z = (x − media)/σ e leggi Φ(z).

Distribuzione della somma

μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9,849 g

Standardizza

z = (769,7 − 750)/9,849 = 2

Coda superiore

P = 1 − Φ(2) = 1 − 0,9772 = 0,02275

Risposta

P = 0,02275
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 255,2 g

Da un’area a z: Φ(z) è l’area a sinistra di z. Per un’area di coda sinistra A, trova z con Φ(z) = A nella tabella. Un’area di coda destra A significa Φ(z) = 1 − A. Un’area centrale A tra −z e z lascia (1 − A)/2 in ciascuna coda, quindi Φ(z) = (1 + A)/2. Per un valore x, usa x = μ + zσ.

Area a sinistra

Φ(z) = 0,85

z dalla tabella

z ≈ 1,04

Di nuovo nelle unità originali

x = 250 + 1,04·5 = 255,2 g

Risposta

x = 255,2 g
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 3,534 mmHg

Intervallo per una differenza: stima ± valore critico × errore standard. Per due medie indipendenti con σ nota: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) e z. Con varianze uguali ma ignote: s_p combinata e t con n₁ + n₂ − 2 gradi di libertà. Per dati appaiati, lavora sulle differenze: d̄ ± t·s_d/√n.

Valore critico

df = 8, t = 1,86

Margine di errore

E = 1,86·5,7/√9 = 3,534

Risposta

E = 3,534 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 2396

Intervallo di confidenza per una media: x̄ ± margine di errore. Con σ della popolazione nota il margine è z·σ/√n; se hai solo la deviazione standard campionaria s, usa t con n − 1 gradi di libertà: t·s/√n. Valori critici: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Per ottenere un margine pari a E o inferiore serve n ≥ (z·σ/E)², arrotondato per eccesso.

Ricava n

n = (2,576·38/2)² = 2396

Arrotonda per eccesso

La numerosità campionaria è un numero intero, e arrotondare per difetto renderebbe il margine troppo grande.

n = 2396

Risposta

n = 2396
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −3,096

Test su una media: la statistica test misura a quanti errori standard la media campionaria si trova dal valore dichiarato in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) se σ è nota, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) se viene stimata dal campione. Un intervallo di confidenza è x̄ ± (valore critico)·(errore standard).

Errore standard

SE = 10/√64 = 10/8 = 1,25

Statistica test

t = (46,13 − 50)/1,25 = −3,096

Risposta

t = −3,096
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| > 1,998, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 122,8

Test su una media: la statistica test misura a quanti errori standard la media campionaria si trova dal valore dichiarato in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) se σ è nota, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) se viene stimata dal campione. Un intervallo di confidenza è x̄ ± (valore critico)·(errore standard).

Margine di errore

E = 2,576·5/√49 = 1,84

Limite dell'intervallo

U = 121 + 1,84 = 122,8

Risposta

U = 122,8
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9923

Regressione ai minimi quadrati: con x̄ e ȳ le medie, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la retta ŷ = a + b·x ha pendenza b = Sxy/Sxx e intercetta a = ȳ − b·x̄, quindi passa sempre per (x̄, ȳ). Il coefficiente di correlazione di Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) è compreso tra −1 e 1; r² è la frazione della variabilità di y spiegata dalla retta.

Medie

x̄ = 42/6 = 7
ȳ = 167/6 = 27,83

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 295
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1253

Coefficiente di determinazione

r² = 295²/(70·1253) = 0,9923

Risposta

r² = 0,9923

Circa il 99,23% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 2,333

Regressione ai minimi quadrati: con x̄ e ȳ le medie, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la retta ŷ = a + b·x ha pendenza b = Sxy/Sxx e intercetta a = ȳ − b·x̄, quindi passa sempre per (x̄, ȳ). Il coefficiente di correlazione di Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) è compreso tra −1 e 1; r² è la frazione della variabilità di y spiegata dalla retta.

Medie

x̄ = 15/5 = 3
ȳ = 116/5 = 23,2

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −27

Retta di regressione

b = −27/10 = −2,7
a = 23,2 − (−2,7)·3 = 31,3
ŷ = 31,3 − 2,7·x

Risolvi per x

x = (25 − 31,3)/(−2,7) = 2,333

Risposta

x = 2,333
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 9,786

Test chi quadrato: confronta le frequenze osservate O con le frequenze E attese sotto H₀ usando χ² = Σ(O − E)²/E. Bontà dell’adattamento: E = n·p per ogni categoria, gl = k − 1 (meno uno in più per ogni parametro stimato dai dati). Indipendenza in una tabella r × c: E = totale di riga × totale di colonna / totale generale, gl = (r − 1)(c − 1). Rifiuta H₀ quando χ² supera il valore critico per l’α scelto.

Frequenze attese

studenti: 100·32/160 = 20, 100·72/160 = 45, 100·56/160 = 35
personale: 60·32/160 = 12, 60·72/160 = 27, 60·56/160 = 21

Statistica chi quadrato

χ² = (24 − 20)²/20 + (50 − 45)²/45 + (26 − 35)²/35 + (8 − 12)²/12 + (22 − 27)²/27 + (30 − 21)²/21
χ² = 9,786

Risposta

χ² = 9,786

gl = 2. Con α = 0,05 il valore critico è 5,991, quindi H₀ (indipendenza) viene rifiutata.

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 14,59

Test chi quadrato: confronta le frequenze osservate O con le frequenze E attese sotto H₀ usando χ² = Σ(O − E)²/E. Bontà dell’adattamento: E = n·p per ogni categoria, gl = k − 1 (meno uno in più per ogni parametro stimato dai dati). Indipendenza in una tabella r × c: E = totale di riga × totale di colonna / totale generale, gl = (r − 1)(c − 1). Rifiuta H₀ quando χ² supera il valore critico per l’α scelto.

Frequenze attese

linea 1: 32, 48
linea 2: 40, 60
linea 3: 40, 60

Statistica chi quadrato

χ² = (39 − 32)²/32 + (41 − 48)²/48 + (48 − 40)²/40 + (52 − 60)²/60 + (25 − 40)²/40 + (75 − 60)²/60
χ² = 14,59

Decisione

df = 2, χ²crit = 5,991
14,59 > 5,991

Risposta

χ² = 14,59

χ² è sopra il valore critico, quindi H₀ viene rifiutata: le variabili sembrano associate.

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