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 correlazione, r = 0,40. Quale proporzione della varianza di una variabile è condivisa con l'altra?

  1. A16%
  2. B4%
  3. C60%
  4. D40%
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Perché molti ricercatori sostengono che i valori p dovrebbero essere riportati insieme alle dimensioni dell'effetto e agli intervalli di confidenza?

  1. AUn valore p non indica quanto sia grande o precisa la stima dell'effetto
  2. BGli intervalli di confidenza servono solo nella ricerca qualitativa
  3. CLe dimensioni dell'effetto rendono la numerosità del campione irrilevante per la significatività
  4. DI valori p indicano la probabilità che l'ipotesi sia vera
3.Statistica descrittivaMedia
15202530354045505560

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 23, 55, 13, 21, 60, 36, 19.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 170 e deviazione standard 10. Trova il punteggio z z di un voto pari a 160.

μ = 170σ = 10x = 160
z =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 6blu: 3

Un sacchetto contiene 6 palline rosse e 3 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

6 / 3
P =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−20,8440,15180,01

Giocare a un gioco costa 2 €. Si vincono 6 € con probabilità 0,15 e 20 € con probabilità 0,01; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €2€6: p = 0,15€20: p = 0,01
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,2578

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,2578. Trova z con due decimali.

A = 0,2578
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
235240245250255260265gin basso 10%

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 10% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 250 gσ = 5 g10%
x = g
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 7, s = 3L = ?Ux̄ = 115E95%

Un campione di 7 elementi ha media 115 e deviazione standard s = 3. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 95 % per la media.

n = 7x̄ = 115s = 395%t(6) = 2,447
limite inferiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
μ₁ − μ₂, t(19) = 1,7290LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

Si provano due fertilizzanti. Gruppo di parcelle 1: 9 parcelle, resa media 69,5 kg, deviazione standard 7,5 kg. Gruppo di parcelle 2: 12 parcelle, media 72 kg, deviazione standard 3,5 kg. Supponi varianze uguali (t combinato, df = n₁ + n₂ − 2). Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 90% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 9x̄₁ = 69,5s₁ = 7,5n₂ = 12x̄₂ = 72s₂ = 3,590%t(19) = 1,729
E = kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,1312,131t = ?df = 15

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 12 studenti, punteggio medio 58,5, deviazione standard 2. Gruppo 2: 5 studenti, punteggio medio 57,3, deviazione standard 5,5. Supponi varianze della popolazione uguali e usa il test t a due campioni con varianza combinata. Trova la statistica test t per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (gruppo 1 meno gruppo 2).

n₁ = 12x̄₁ = 58,5s₁ = 2n₂ = 5x̄₂ = 57,3s₂ = 5,5
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 8, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,599%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 99 % per una media abbia un margine di errore di al massimo 0,5? La deviazione standard è 8. Trova la dimensione minima del campione n.

σ = 8E = 0,599%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy340443552654756xy4640455055

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 = 245Σx² = 135Σy² = 12205Σxy = 1268
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy16701986221102511528129xy202580100120x = 20,5

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Prevedi ŷ per x = 20,5.

n = 5x = 20,5
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
bassomedioaltoTotaleurbano16292065rurale1334956Totale296329121

La tabella di contingenza riporta le frequenze osservate. Per un test chi quadrato di indipendenza, trova la frequenza attesa E per la cella “rurale, basso”.

totale di riga = 56totale di colonna = 29N = 121
E =
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

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 2 righe e 11 colonne (totali esclusi). 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: A · 16%

Perché è questa la risposta

Il coefficiente di determinazione è r², qui 0,40² = 0,16, quindi il 16% della varianza è condiviso.

Risposta

A · 16%
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Un valore p non indica quanto sia grande o precisa la stima dell'effetto

Perché è questa la risposta

Un valore p dipende molto dalla numerosità del campione e indica solo quanto i dati siano sorprendenti sotto l'ipotesi nulla. Le dimensioni dell'effetto mostrano la grandezza e gli intervalli la precisione.

Risposta

A · Un valore p non indica quanto sia grande o precisa la stima dell'effetto
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 18,53

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 = 227/7 = 32,43

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−9,429)² + 22,57² + (−19,43)² + (−11,43)² + 27,57² + 3,571² + (−13,43)² = 2060

Deviazione standard

s = √(2060/6) = 18,53

Risposta

s = 18,53
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = −1

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 = (160 − 170)/10 = −1

Risposta

z = −1
5.Probabilità

Risposta: P = 0,4167

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.

Prima e seconda estrazione

P = 6/9 · 5/8 = 30/72 = 0,4167

Risposta

P = 0,4167
6.Probabilità

Risposta: E(G) = −0,9 €

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.

Esiti netti

G: 4 (p = 0,15), 18 (p = 0,01), −2 (p = 0,84)

Valore atteso

E(G) = 4·0,15 + 18·0,01 − 2·0,84 = −0,9 €

Risposta

E(G) = −0,9 €

Un valore negativo significa che in media perdi denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 0,65

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 di z

Φ(z) = 1 − 0,2578 = 0,7422

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,7422 dentro la tabella e leggi z.

z = 0,65

Risposta

z = 0,65
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 243,6 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) = 0,1

z dalla tabella

z ≈ −1,28

Di nuovo nelle unità originali

x = 250 − 1,28·5 = 243,6 g

Risposta

x = 243,6 g
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 112,2

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.

Valore critico

df = n − 1 = 6, t = 2,447

Margine di errore

E = 2,447·3/√7 = 2,775

Intervallo

115 ± 2,775 → [112,2, 117,8]

Risposta

limite inferiore = 112,2
10.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 4,23 kg

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.

Deviazione standard combinata

sp² = (8·7,5² + 11·3,5²)/19 = 30,78
sp = 5,548

Margine di errore

E = 1,729·5,548·√(1/9 + 1/12) = 4,23

Risposta

E = 4,23 kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 0,6797

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.

Varianza combinata

sp² = (11·2² + 4·5,5²)/15 = 11
sp = 3,317

Errore standard

SE = 3,317·√(1/12 + 1/5) = 1,765

Statistica test

t = (58,5 − 57,3)/1,765 = 0,6797

Risposta

t = 0,6797

Con df = 15, il valore critico bilaterale al 5% è 2,131; |t| è minore, quindi H₀ non viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 1699

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).

Ricava n

n = (2,576·8/0,5)² = 1699

Arrotonda per eccesso

n = 1699

Risposta

n = 1699
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9615

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 = 1268 − 25·245/5 = 43
Sxx = 135 − 25²/5 = 10
Syy = 12205 − 245²/5 = 200

Coefficiente di correlazione

r = 43/√(10·200) = 0,9615

Risposta

r = 0,9615
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 94,65

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 = 110/5 = 22
ȳ = 510/5 = 102

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 441

Retta di regressione

b = 441/90 = 4,9
a = 102 − 4,9·22 = −5,8
ŷ = −5,8 + 4,9·x

Previsione

ŷ = −5,8 + 4,9·20,5 = 94,65

Risposta

ŷ = 94,65
15.Test chi quadrato

Risposta: E = 13,42

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.

Frequenza attesa

E = 56·29/121 = 13,42

Risposta

E = 13,42
16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 23,21

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 = (2 − 1)·(11 − 1) = 10

Tabella

χ²crit(df = 10, α = 0,01) = 23,209

Risposta

χ²crit = 23,209

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

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