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

In una distribuzione perfettamente normale:

  1. ALa maggior parte dei punteggi si trova nelle code
  2. BMedia, mediana e moda sono uguali
  3. CLa moda è il punteggio più basso
  4. DLa media è sempre maggiore della mediana
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un dipartimento di psicologia recluta partecipanti solo dai corsi introduttivi di psicologia. I critici dicono che i campioni sono «WEIRD». A che cosa si riferisce questo termine?

  1. ACampioni insolitamente strani nel loro comportamento
  2. BCampioni reclutati con metodi casuali ponderati
  3. CCampioni che abbandonano presto gli studi
  4. DCampioni occidentali, istruiti, industrializzati, ricchi e democratici, che possono non essere generalizzabili
3.Statistica descrittivaMedia
15202530354045505560

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 60, 28, 48, 54, 11, 43, 51.

n = 7
s =
4.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 5. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 55?

μ = 60σ = 5x = 55
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)10,3520,330,0540,3μ = 2,3

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

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,3, 0,05, 0,3
σ =
6.ProbabilitàDifficile
n = 11, p = 0,6: P(X = 5) = ?k01234567891011

Un test ha 11 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,6, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 5 risposte corrette?

n = 11p = 0,6k = 5
P =
7.Distribuzione normaleMedia
2337,1P = ?

Supponi che i tempi di consegna abbiano una distribuzione normale con media 32 min e deviazione standard 6 min. Quale frazione è compresa tra 23 e 37,1 min? Dai P come numero decimale.

μ = 32σ = 6x1 = 23x2 = 37,1
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
557085100115130145puntiin alto 25%

I valori di i punteggi del QI sono distribuiti normalmente con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Trascina la soglia in modo che il 25% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.

μ = 100 puntiσ = 15 punti25%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 16, sd​ = 7,70L = ?Ud̄ = 6,8E90%

La pressione arteriosa di 16 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media 6,8 e deviazione standard 7,7. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 90% per la differenza media.

n = 16d̄ = 6,8sd = 7,790%t(15) = 1,753
limite inferiore = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 36, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 590%

La deviazione standard della popolazione è 36. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 90 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 5?

σ = 36E = 590%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−1,481,48p = ?

Si afferma che la media di una popolazione sia 250; la deviazione standard della popolazione è nota e vale 25. Un campione casuale di 100 osservazioni ha media 253,7. Verifica H₀: μ = 250 contro H₁: μ ≠ 250. Trova il p-value p.

μ₀ = 250σ = 25n = 100x̄ = 253,7H₁: μ ≠ μ₀
p =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 36 misure ha media 49,8. La deviazione standard della popolazione è 4. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 49,8σ = 4n = 3690%
L =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy134350561768983xy5406080

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 = 25Σy = 296Σx² = 165Σy² = 18890Σxy = 1712
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy255359466574682793xy2466080x = 3,5

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Prevedi ŷ per x = 3,5.

n = 6x = 3,5
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno19352680turno di notte313554120Totale507080200

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 = 2002 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento confronta le frequenze osservate in 4 categorie con proporzioni attese completamente specificate (nessun parametro è stimato dai dati). Usando la tabella, trova il valore critico χ²crit al livello di significatività α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Media, mediana e moda sono uguali

Perché è questa la risposta

Una distribuzione normale è simmetrica e a forma di campana, quindi tutte e tre le misure di tendenza centrale cadono al centro.

Risposta

B · Media, mediana e moda sono uguali
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Campioni occidentali, istruiti, industrializzati, ricchi e democratici, che possono non essere generalizzabili

Perché è questa la risposta

Henrich e colleghi osservarono che la maggior parte dei partecipanti agli studi di psicologia proviene da società WEIRD (Western, Educated, Industrialised, Rich, Democratic), non rappresentative dell'umanità, il che minaccia la validità di popolazione.

Risposta

D · Campioni occidentali, istruiti, industrializzati, ricchi e democratici, che possono non essere generalizzabili
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 17,04

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 = 295/7 = 42,14

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 17,86² + (−14,14)² + 5,857² + 11,86² + (−31,14)² + 0,8571² + 8,857² = 1743

Deviazione standard

s = √(1743/6) = 17,04

Risposta

s = 17,04
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,1587

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 = −1

Tavola della normale standard

Φ(−1) = 0,1587
P = 0,1587

Risposta

P = 0,1587
5.Probabilità

Risposta: σ = 1,229

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 = 1·0,35 + 2·0,3 + 3·0,05 + 4·0,3 = 2,3

Media dei quadrati

E(X²) = 1·0,35 + 4·0,3 + 9·0,05 + 16·0,3 = 6,8

Varianza

Var(X) = 6,8 − 2,3² = 1,51
σ = √1,51 = 1,229

Risposta

σ = 1,229
6.Probabilità

Risposta: P = 0,1471

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.

Formula binomiale

P(X = 5) = 462·0,65·0,46 = 462·0,07776·0,004096 = 0,1471

Risposta

P = 0,1471
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,7355

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 = (23 − 32)/6 = −1,5
z₂ = (37,1 − 32)/6 = 0,85

Area compresa

P = Φ(0,85) − Φ(−1,5) = 0,8023 − 0,06681 = 0,7355

Risposta

P = 0,7355
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 110,1 punti

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) = 0,75

z dalla tabella

z ≈ 0,67

Di nuovo nelle unità originali

x = 100 + 0,67·15 = 110,1 punti

Risposta

x = 110,1 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 3,425 mmHg

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.

Valore critico

df = 15, t = 1,753

Margine di errore

E = 1,753·7,7/√16 = 3,375

Intervallo

6,8 ± 3,375 → [3,425, 10,17]

Risposta

limite inferiore = 3,425 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 141

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 = (1,645·36/5)² = 140,3

Arrotonda per eccesso

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

n = 141

Risposta

n = 141
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: p = 0,1389

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

Statistica test

SE = σ/√n = 25/√100 = 2,5
z = (253,7 − 250)/2,5 = 1,48

Area della coda

Φ(1,48) = 0,9306
1 − Φ(1,48) = 0,0694

p-value

p = 2·0,0694 = 0,1389

Risposta

p = 0,1389

p > 0,05, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5%.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 48,7

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 = 1,645·4/√36 = 1,097

Limite dell'intervallo

L = 49,8 − 1,097 = 48,7

Risposta

L = 48,7
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9922

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 = 1712 − 25·296/5 = 232
Sxx = 165 − 25²/5 = 40
Syy = 18890 − 296²/5 = 1367

Coefficiente di correlazione

r = 232/√(40·1367) = 0,9922

Risposta

r = 0,9922
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 63,87

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 = 27/6 = 4,5
ȳ = 429/6 = 71,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 133,5

Retta di regressione

b = 133,5/17,5 = 7,629
a = 71,5 − 7,629·4,5 = 37,17
ŷ = 37,17 + 7,629·x

Previsione

ŷ = 37,17 + 7,629·3,5 = 63,87

Risposta

ŷ = 63,87
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 4,875

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

turno di giorno: 80·50/200 = 20, 80·70/200 = 28, 80·80/200 = 32
turno di notte: 120·50/200 = 30, 120·70/200 = 42, 120·80/200 = 48

Statistica chi quadrato

χ² = (19 − 20)²/20 + (35 − 28)²/28 + (26 − 32)²/32 + (31 − 30)²/30 + (35 − 42)²/42 + (54 − 48)²/48
χ² = 4,875

Risposta

χ² = 4,875

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 11,35

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 = 4 − 1 = 3

Tabella

χ²crit(df = 3, α = 0,01) = 11,345

Risposta

χ²crit = 11,345

Rifiuta H₀ se il χ² calcolato è maggiore di questo valore.

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