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

Uno studente ottiene 130 in un test con media 100 e deviazione standard 15. Qual è il punteggio z?

  1. A0,5
  2. B2,0
  3. C1,5
  4. D3,0
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Uno studio con 10 partecipanti trova un effetto grande ma non significativo. Qual è la conclusione più appropriata?

  1. ALo studio può aver avuto una potenza insufficiente, quindi il risultato è inconcludente
  2. BLo studio dimostra che l'ipotesi nulla è vera, poiché l'effetto non era significativo
  3. CLa dimensione dell'effetto deve essere stata calcolata male
  4. DL'effetto deve essere un errore di I tipo
3.Statistica descrittivaMedia
2025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 18, 37, 53, 37, 57, 41, 18.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 8. Trova il punteggio z z di un voto pari a 73,2.

μ = 70σ = 8x = 73,2
z =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)100,35200,15300,35400,15μ = 23

Per la distribuzione mostrata, trova la varianza Var(X) di X.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,35, 0,15, 0,35, 0,15
Var(X) =
6.ProbabilitàDifficile
n = 12, p = 0,5: P(X = 2) = ?k0123456789101112

Un test ha 12 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,5, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 2 risposte corrette?

n = 12p = 0,5k = 2
P =
7.Distribuzione normaleMedia
22,743,1P = ?

Supponi che i tempi di consegna abbiano una distribuzione normale con media 32 min e deviazione standard 6 min. Quale frazione è compresa tra 22,7 e 43,1 min? Dai P come numero decimale.

μ = 32σ = 6x1 = 22,7x2 = 43,1
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
0,04 mm0D − d?

I diametri D dei fori sono normali con media 25,04 mm e deviazione standard 0,02 mm. I diametri d degli alberi sono indipendenti e normali con media 25 mm e deviazione standard 0,01 mm. Un albero scelto a caso si accoppia quando D − d > 0. Trova la probabilità P che si accoppi. Arrotonda z a due decimali.

foro: μ = 25,04 mm, σ = 0,02 mmalbero: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 10, s = 15,5LU = ?x̄ = 80E90%

Un campione di 10 elementi ha media 80 e deviazione standard s = 15,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 10x̄ = 80s = 15,590%t(9) = 1,833
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 36, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 195%

La deviazione standard della popolazione è 36. 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 1?

σ = 36E = 195%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,99801,998

Un campione di 64 studenti ha un punteggio medio di 45,88 e una deviazione standard campionaria di 15. Trova la statistica test t per H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 45,88s = 15n = 64
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 5, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 295%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 95 % per una media abbia un margine di errore di al massimo 2? La deviazione standard è 5. Trova la dimensione minima del campione n.

σ = 5E = 295%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy23745066086910841293xy510406080

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 6
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy125224323418520xy242025ŷ = 24

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 = 24?

n = 5ŷ = 24
x =
15.Test chi quadratoMedia
sìnoTotaleuomini4555100donne8733120Totale13288220

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 = 2202 × 2
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 2 righe e 4 colonne (totali esclusi). Quanti gradi di libertà df ha il test?

2 × 4
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · 2,0

Perché è questa la risposta

(130 − 100) / 15 = 2. Il punteggio si trova due deviazioni standard sopra la media, più alto di quello di circa il 97–98% delle persone.

Risposta

B · 2,0
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Lo studio può aver avuto una potenza insufficiente, quindi il risultato è inconcludente

Perché è questa la risposta

Con campioni piccoli, anche effetti reali spesso non raggiungono la significatività (errore di II tipo). I ricercatori dovrebbero riportare la dimensione dell'effetto e l'intervallo di confidenza e replicare con un campione più grande.

Risposta

A · Lo studio può aver avuto una potenza insufficiente, quindi il risultato è inconcludente
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,24

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 = 261/7 = 37,29

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−19,29)² + (−0,2857)² + 15,71² + (−0,2857)² + 19,71² + 3,714² + (−19,29)² = 1393

Deviazione standard

s = √(1393/6) = 15,24

Risposta

s = 15,24
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 0,4

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 = (73,2 − 70)/8 = 0,4

Risposta

z = 0,4
5.Probabilità

Risposta: Var(X) = 121

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 = 10·0,35 + 20·0,15 + 30·0,35 + 40·0,15 = 23

Media dei quadrati

E(X²) = 100·0,35 + 400·0,15 + 900·0,35 + 1600·0,15 = 650

Varianza

Var(X) = 650 − 23² = 121

Risposta

Var(X) = 121
6.Probabilità

Risposta: P = 0,01611

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 = 2) = 66·0,52·0,510 = 66·0,25·0,0009766 = 0,01611

Risposta

P = 0,01611
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,9073

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 = (22,7 − 32)/6 = −1,55
z₂ = (43,1 − 32)/6 = 1,85

Area compresa

P = Φ(1,85) − Φ(−1,55) = 0,9678 − 0,06057 = 0,9073

Risposta

P = 0,9073
8.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,9633

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 = 25,04 − 25 = 0,04 mm, σ = 0,02236 mm

Standardizza

z = (0 − 0,04)/0,02236 = −1,79

Probabilità

P = 1 − Φ(−1,79) = 0,9633

Risposta

P = 0,9633
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 88,98

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 = 9, t = 1,833

Margine di errore

E = 1,833·15,5/√10 = 8,985

Intervallo

80 ± 8,985 → [71,02, 88,98]

Risposta

limite superiore = 88,98
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 4979

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 = (1,96·36/1)² = 4979

Arrotonda per eccesso

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

n = 4979

Risposta

n = 4979
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −2,197

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 = 15/√64 = 15/8 = 1,875

Statistica test

t = (45,88 − 50)/1,875 = −2,197

Risposta

t = −2,197
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: n = 25

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 = (1,96·5/2)² = 24,01

Arrotonda per eccesso

n = 25

Risposta

n = 25
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9957

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 = 393/6 = 65,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 391
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2194

Coefficiente di determinazione

r² = 391²/(70·2194) = 0,9957

Risposta

r² = 0,9957

Circa il 99,57% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 1,75

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 = 110/5 = 22

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −16

Retta di regressione

b = −16/10 = −1,6
a = 22 − (−1,6)·3 = 26,8
ŷ = 26,8 − 1,6·x

Risolvi per x

x = (24 − 26,8)/(−1,6) = 1,75

Risposta

x = 1,75
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 17,19

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

uomini: 100·132/220 = 60, 100·88/220 = 40
donne: 120·132/220 = 72, 120·88/220 = 48

Statistica chi quadrato

χ² = (45 − 60)²/60 + (55 − 40)²/40 + (87 − 72)²/72 + (33 − 48)²/48
χ² = 17,19

Risposta

χ² = 17,19

gl = 1. Con α = 0,05 il valore critico è 3,841, quindi H₀ (indipendenza) viene rifiutata.

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 3

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)·(4 − 1) = 3

Risposta

df = 3

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