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 VD non viene misurata
  3. CLa VI è una caratteristica preesistente, quindi i partecipanti non possono esservi assegnati a caso
  4. DLo studio si svolge in laboratorio
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore vuole dimostrare che una nuova scala d'ansia misura qualcosa di diverso dalla depressione. Correlazioni basse con una scala di depressione sosterrebbero:

  1. ALa validità predittiva
  2. BLa validità convergente
  3. CLa validità discriminante
  4. DLa validità di facciata
3.Statistica descrittivaMedia
15202530354045505560

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 47, 60, 59, 19, 56, 15.

n = 6
s =
4.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 25. Quale proporzione P dei valori è superiore a 550?

μ = 500σ = 25x = 550
P =
5.ProbabilitàMedia
n = 6k = 3N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 3 persone da un gruppo di 6? L'ordine non conta.

n = 6k = 3
N =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−10,6520,390,05

Giocare a un gioco costa 1 €. Si vincono 3 € con probabilità 0,3 e 10 € con probabilità 0,05; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €1€3: p = 0,3€10: p = 0,05
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
240252,75P = ?

Supponi che i pesi dei sacchetti abbiano una distribuzione normale con media 250 g e deviazione standard 5 g. Quale frazione è compresa tra 240 e 252,75 g? Dai P come numero decimale.

μ = 250σ = 5x1 = 240x2 = 252,75
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 − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E90%

Si confronta la durata della batteria di due modelli di telefono. Modello 1: 30 telefoni, media 87 h, deviazione standard nota 7 h. Modello 2: 100 telefoni, media 92,5 h, deviazione standard nota 16 h. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 90% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 30x̄₁ = 87 hσ₁ = 7 hn₂ = 100x̄₂ = 92,5 hσ₂ = 16 h90%
limite inferiore = h
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,590%

La deviazione standard della popolazione è 10. 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 0,5?

σ = 10E = 0,590%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,0302,03

Un campione di 36 studenti ha un punteggio medio di 207,3 e una deviazione standard campionaria di 15. Trova la statistica test t per H₀: μ = 200.

μ₀ = 200x̄ = 207,3s = 15n = 36
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 5, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

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

σ = 5E = 2,595%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy145250358454566664xy2465060

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 6
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy23486168201025xy5101020x = 3

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Prevedi ŷ per x = 3.

n = 5x = 3
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti203248100personale202852100Totale4060100200

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
sìnoTotalelinea 16634100linea 276480linea 36832100Totale21070280dfα = 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 = 0,01 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 = 0,01
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · 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

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

Risposta: C · La validità discriminante

Perché è questa la risposta

La validità discriminante (divergente) si dimostra quando una misura correla debolmente con misure di costrutti diversi. La validità convergente è un'elevata correlazione con misure dello stesso costrutto.

Risposta

C · La validità discriminante
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 20,44

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 = 256/6 = 42,67

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 4,333² + 17,33² + 16,33² + (−23,67)² + 13,33² + (−27,67)² = 2089

Deviazione standard

s = √(2089/5) = 20,44

Risposta

s = 20,44
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,02275

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 = 2

Tavola della normale standard

Φ(2) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275

Risposta

P = 0,02275
5.Probabilità

Risposta: N = 20

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(6, 3) = (6·5·4)/(3·2·1) = 20

Risposta

N = 20
6.Probabilità

Risposta: E(G) = 0,4 €

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: 2 (p = 0,3), 9 (p = 0,05), −1 (p = 0,65)

Valore atteso

E(G) = 2·0,3 + 9·0,05 − 1·0,65 = 0,4 €

Risposta

E(G) = 0,4 €

Un valore positivo significa che in media guadagni denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,6861

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 = (240 − 250)/5 = −2
z₂ = (252,75 − 250)/5 = 0,55

Area compresa

P = Φ(0,55) − Φ(−2) = 0,7088 − 0,02275 = 0,6861

Risposta

P = 0,6861
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: limite inferiore = −8,869 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 = 87 − 92,5 = −5,5

Errore standard

SE = √(7²/30 + 16²/100) = 2,048

Margine di errore

E = 1,645·2,048 = 3,369

Intervallo

−5,5 ± 3,369 → [−8,869, −2,131]

Risposta

limite inferiore = −8,869 h

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

10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 1083

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 = (1,645·10/0,5)² = 1082

Arrotonda per eccesso

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

n = 1083

Risposta

n = 1083
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,92

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/√36 = 15/6 = 2,5

Statistica test

t = (207,3 − 200)/2,5 = 2,92

Risposta

t = 2,92
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| > 2,03, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 16

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 = (1,96·5/2,5)² = 15,37

Arrotonda per eccesso

n = 16

Risposta

n = 16
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,8394

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 337/6 = 56,17

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 69,5
Syy = Σ(y − ȳ)² = 328,8

Coefficiente di determinazione

r² = 69,5²/(17,5·328,8) = 0,8394

Risposta

r² = 0,8394

Circa il 83,94% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 6

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 = 30/5 = 6
ȳ = 72/5 = 14,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 112

Retta di regressione

b = 112/40 = 2,8
a = 14,4 − 2,8·6 = −2,4
ŷ = −2,4 + 2,8·x

Previsione

ŷ = −2,4 + 2,8·3 = 6

Risposta

ŷ = 6
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 0,4267

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: 100·40/200 = 20, 100·60/200 = 30, 100·100/200 = 50
personale: 100·40/200 = 20, 100·60/200 = 30, 100·100/200 = 50

Statistica chi quadrato

χ² = (20 − 20)²/20 + (32 − 30)²/30 + (48 − 50)²/50 + (20 − 20)²/20 + (28 − 30)²/30 + (52 − 50)²/50
χ² = 0,4267

Risposta

χ² = 0,4267

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 24

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: 75, 25
linea 2: 60, 20
linea 3: 75, 25

Statistica chi quadrato

χ² = (66 − 75)²/75 + (34 − 25)²/25 + (76 − 60)²/60 + (4 − 20)²/20 + (68 − 75)²/75 + (32 − 25)²/25
χ² = 24

Decisione

df = 2, χ²crit = 9,210
24 > 9,210

Risposta

χ² = 24

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

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