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

Una scala self-report rileva che le persone che concordano con molte affermazioni ottengono punteggi alti indipendentemente dal contenuto. Di quale distorsione di risposta si tratta, e come si può ridurre?

  1. ADesiderabilità sociale; usare un campione più grande
  2. BAcquiescenza; includere item formulati al contrario
  3. CEffetti d'ordine; bilanciare i partecipanti
  4. DCaratteristiche della richiesta; usare un disegno in doppio cieco
3.Statistica descrittivaMedia
25303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 24, 49, 34, 22, 58.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 8. Quale proporzione P dei valori è superiore a 53,2?

μ = 50σ = 8x = 53,2
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,310,3520,35μ = 1,05

Per la distribuzione mostrata, trova la deviazione standard σ di X.

x: 0, 1, 2p(x): 0,3, 0,35, 0,35
σ =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)00,320,3540,160,25μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 3X + 20. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,3, 0,35, 0,1, 0,25Y = 3X + 20
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
53,583P = ?

Supponi che i voti di un esame abbiano una distribuzione normale con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Quale frazione è compresa tra 53,5 e 83 punti? Dai P come numero decimale.

μ = 65σ = 10x1 = 53,5x2 = 83
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
10 cm0X − Y?

Le altezze X degli uomini e Y delle donne di un gruppo sono indipendenti e normali: X ha media 180 cm e deviazione standard 10 cm, Y ha media 170 cm e deviazione standard 12 cm. Trova la probabilità P che X sia maggiore di Y. Arrotonda z a due decimali.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

Si confronta la durata della batteria di due modelli di telefono. Modello 1: 40 telefoni, media 145,5 h, deviazione standard nota 19 h. Modello 2: 80 telefoni, media 138,5 h, deviazione standard nota 18 h. Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 90% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 40x̄₁ = 145,5 hσ₁ = 19 hn₂ = 80x̄₂ = 138,5 hσ₂ = 18 h90%
E = h
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 12, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

La deviazione standard della popolazione è 12. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 95 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 2,5?

σ = 12E = 2,595%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,1452,145t = ?df = 14

15 dipendenti svolgono un test di dattilografia prima e dopo un corso di formazione. Per ogni persona si registra la differenza d = dopo − prima (parole al minuto). La differenza media è −3,34 e la deviazione standard delle differenze è 3,8. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 15d̄ = −3,34sd = 3,8
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 80 contro H₁: μ < 80 viene eseguito con α = 0.10 su un campione di 100; la deviazione standard è nota e vale 20. In realtà la media è 75.6. Trova la potenza 1 − β del test in percentuale.

μ₀ = 80μ = 75,6σ = 20n = 100α = 0,10
1 − β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy242339446547652xy246404550

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 5Σx = 20Σy = 226Σx² = 90Σy² = 10314Σxy = 932
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy34455576797411821395xy510406080100ŷ = 79

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 79?

n = 6ŷ = 79
x =
15.Test chi quadratoMedia
bassomedioaltoTotaleurbano10121840rurale10331760Totale204535100

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 = 1002 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento confronta le frequenze osservate in 6 categorie con proporzioni attese completamente specificate (nessun parametro è stimato dai dati). Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 6
df =

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: B · Acquiescenza; includere item formulati al contrario

Perché è questa la risposta

L'acquiescenza è la tendenza a concordare con gli item. Mescolando item formulati in senso positivo e negativo, concordare con tutto non produce più un punteggio estremo.

Risposta

B · Acquiescenza; includere item formulati al contrario
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,71

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 = 187/5 = 37,4

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−13,4)² + 11,6² + (−3,4)² + (−15,4)² + 20,6² = 987,2

Deviazione standard

s = √(987,2/4) = 15,71

Risposta

s = 15,71
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,3446

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 = 0,4

Tavola della normale standard

Φ(0,4) = 0,6554
P = 1 − 0,6554 = 0,3446

Risposta

P = 0,3446
5.Probabilità

Risposta: σ = 0,8047

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.

Media

μ = 0·0,3 + 1·0,35 + 2·0,35 = 1,05

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,3 + 1·0,35 + 4·0,35 = 1,75

Varianza

Var(X) = 1,75 − 1,05² = 0,6475
σ = √0,6475 = 0,8047

Risposta

σ = 0,8047
6.Probabilità

Risposta: σY = 6,867

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 = 2,6, Var(X) = 5,24, σX = 2,289

Trasformazione lineare

σY = |3|·2,289 = 6,867

Risposta

σY = 6,867

La media invece si sposta: E(Y) = 3·2,6 + 20 = 27,8.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,839

Distribuzione normale: trasforma un valore x in un punteggio z, z = (x − μ)/σ, che indica a quante deviazioni standard dalla media si trova. Una tavola z (o Φ(z)) dà l’area a sinistra di z, cioè P(X < x). L’area a destra è 1 − Φ(z), e l’area tra due valori è la differenza delle loro due aree.

Punteggi z

z₁ = (53,5 − 65)/10 = −1,15
z₂ = (83 − 65)/10 = 1,8

Area compresa

P = Φ(1,8) − Φ(−1,15) = 0,9641 − 0,1251 = 0,839

Risposta

P = 0,839
8.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,7389

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 differenza

μ = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Standardizza

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilità

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Risposta

P = 0,7389
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 5,948 h

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

Stima puntuale

x̄₁ − x̄₂ = 145,5 − 138,5 = 7

Errore standard

SE = √(19²/40 + 18²/80) = 3,616

Margine di errore

E = 1,645·3,616 = 5,948

Risposta

E = 5,948 h

L’intervallo non contiene 0, quindi le medie differiscono in modo significativo.

10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 89

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 = (1,96·12/2,5)² = 88,51

Arrotonda per eccesso

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

n = 89

Risposta

n = 89
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −3,404

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Errore standard della differenza media

SE = 3,8/√15 = 0,9812

Statistica test

t = −3,34/0,9812 = −3,404

Risposta

t = −3,404

Con df = 14, il valore critico bilaterale al 5% è 2,145; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: 1 − β = 82,07 %

Potenza di un test: la potenza = 1 − β è la probabilità di rifiutare H₀ quando è falsa. Trova la soglia x̄c da μ₀ e z_α, poi calcola la probabilità di cadere oltre x̄c usando la media vera: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Media campionaria critica

SE = 20/√100 = 2
x̄c = 80 − 1,282·2 = 77,44

z sotto la media vera

z = (77,44 − 75,6)/2 = 0,918

Potenza

potenza = P(Z < 0.918) = 82.07%
1 − β = 82,07%

Risposta

1 − β = 82,07%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,8908

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.

Somme centrate

Sxy = 932 − 20·226/5 = 28
Sxx = 90 − 20²/5 = 10
Syy = 10314 − 226²/5 = 98,8

Coefficiente di correlazione

r = 28/√(10·98,8) = 0,8908

Risposta

r = 0,8908
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 9,939

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 = 48/6 = 8
ȳ = 417/6 = 69,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 343

Retta di regressione

b = 343/70 = 4,9
a = 69,5 − 4,9·8 = 30,3
ŷ = 30,3 + 4,9·x

Risolvi per x

x = (79 − 30,3)/4,9 = 9,939

Risposta

x = 9,939
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 6,071

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

urbano: 40·20/100 = 8, 40·45/100 = 18, 40·35/100 = 14
rurale: 60·20/100 = 12, 60·45/100 = 27, 60·35/100 = 21

Statistica chi quadrato

χ² = (10 − 8)²/8 + (12 − 18)²/18 + (18 − 14)²/14 + (10 − 12)²/12 + (33 − 27)²/27 + (17 − 21)²/21
χ² = 6,071

Risposta

χ² = 6,071

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 5

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.

Gradi di libertà

df = 6 − 1 = 5

Risposta

df = 5

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