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

Che tipo di dati si raccolgono con una domanda aperta in un'intervista?

  1. ADati a intervalli
  2. BDati qualitativi
  3. CSolo dati quantitativi nominali
  4. DDati a rapporti
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

In una regressione multipla che predice i voti d'esame dalle ore di studio e dal sonno, R² = 0,36. Che cosa significa?

  1. AIl 36% degli studenti ha superato l'esame
  2. BI predittori insieme spiegano il 36% della varianza dei voti d'esame
  3. CLe ore di studio causano il 36% del successo all'esame
  4. DLa correlazione tra i predittori è 0,36
3.Statistica descrittivaMedia
253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 36, 27, 29, 22, 54, 48.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 5. Trova il punteggio z z di un voto pari a 67,5.

μ = 70σ = 5x = 67,5
z =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 8blu: 7

Un sacchetto contiene 8 palline rosse e 7 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

8 / 7
P =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)00,3510,3520,3μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = −2X + 20. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3Y = −2X + 20
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
169,95179,4P = ?

Supponi che le altezze degli uomini adulti abbiano una distribuzione normale con media 178 cm e deviazione standard 7 cm. Quale frazione è compresa tra 169,95 e 179,4 cm? Dai P come numero decimale.

μ = 178σ = 7x1 = 169,95x2 = 179,4
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
4 s0X − Y?

Il tempo sul giro X del corridore A e il tempo sul giro Y del corridore B sono indipendenti e normali: X ha media 52 s e deviazione standard 4 s, Y ha media 48 s e deviazione standard 3 s. Trova la probabilità P che X sia maggiore di Y. Arrotonda z a due decimali.

μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 11, sd​ = 2,30LUd̄ = 7,8E = ?99%

La pressione arteriosa di 11 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media 7,8 e deviazione standard 2,3. Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 99% per la differenza media.

n = 11d̄ = 7,8sd = 2,399%t(10) = 3,169
E = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 37, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

La deviazione standard della popolazione è 37. 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 4?

σ = 37E = 495%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,3062,306t = ?df = 8

9 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 −5,8 e la deviazione standard delle differenze è 5,8. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 9d̄ = −5,8sd = 5,8
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 500 contro H₁: μ > 500 viene eseguito con α = 0,05 su un campione di 100; la deviazione standard è nota e vale 30. In realtà la media è 508,7. Trova la probabilità di un errore di secondo tipo β in percentuale.

μ₀ = 500μ = 508,7σ = 30n = 100α = 0,05
β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy249365468574682xy2466080

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 5Σx = 20Σy = 338Σx² = 90Σy² = 23450Σxy = 1427
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy230330431537641xy246303540ŷ = 38

La tabella riporta 5 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 = 38?

n = 5ŷ = 38
x =
15.Test chi quadratoMedia
tossenessuna tosseTotalefumatori2773100non fumatori293160Totale56104160

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 = 1602 × 2
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 verifica se le frequenze in 4 categorie seguono una distribuzione di Poisson la cui media è stimata dagli stessi dati. Usando la tabella, trova il valore critico χ²crit al livello di significatività α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Dati qualitativi

Perché è questa la risposta

Le domande aperte producono dati qualitativi ricchi, più difficili da analizzare statisticamente rispetto alle risposte a domande chiuse.

Risposta

B · Dati qualitativi
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · I predittori insieme spiegano il 36% della varianza dei voti d'esame

Perché è questa la risposta

R² indica quanta parte della variabilità dell'esito è spiegata da tutti i predittori insieme. Non stabilisce un rapporto causale.

Risposta

B · I predittori insieme spiegano il 36% della varianza dei voti d'esame
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 12,6

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 = 216/6 = 36

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 0² + (−9)² + (−7)² + (−14)² + 18² + 12² = 794

Deviazione standard

s = √(794/5) = 12,6

Risposta

s = 12,6
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = −0,5

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 = (67,5 − 70)/5 = −0,5

Risposta

z = −0,5
5.Probabilità

Risposta: P = 0,2667

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 = 8/15 · 7/14 = 56/210 = 0,2667

Risposta

P = 0,2667
6.Probabilità

Risposta: σY = 1,609

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 = 0,95, Var(X) = 0,6475, σX = 0,8047

Trasformazione lineare

σY = |−2|·0,8047 = 1,609

Risposta

σY = 1,609

La media invece si sposta: E(Y) = −2·0,95 + 20 = 18,1.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,4542

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 = (169,95 − 178)/7 = −1,15
z₂ = (179,4 − 178)/7 = 0,2

Area compresa

P = Φ(0,2) − Φ(−1,15) = 0,5793 − 0,1251 = 0,4542

Risposta

P = 0,4542
8.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,7881

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 = 52 − 48 = 4 s, σ = 5 s

Standardizza

z = (0 − 4)/5 = −0,8

Probabilità

P = 1 − Φ(−0,8) = 0,7881

Risposta

P = 0,7881
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 2,198 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 = 10, t = 3,169

Margine di errore

E = 3,169·2,3/√11 = 2,198

Risposta

E = 2,198 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 329

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 = (1,96·37/4)² = 328,7

Arrotonda per eccesso

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

n = 329

Risposta

n = 329
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −3

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 = 5,8/√9 = 1,933

Statistica test

t = −5,8/1,933 = −3

Risposta

t = −3

Con df = 8, il valore critico bilaterale al 5% è 2,306; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: β = 10,47 %

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 = 30/√100 = 3
x̄c = 500 + 1,645·3 = 504,9

z sotto la media vera

z = (504,9 − 508,7)/3 = −1,255

Errore di secondo tipo

potenza = P(Z > −1,255) = 89,53%
β = 100% − 89,53% = 10,47%

Risposta

β = 10,47%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9673

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 = 1427 − 20·338/5 = 75
Sxx = 90 − 20²/5 = 10
Syy = 23450 − 338²/5 = 601,2

Coefficiente di correlazione

r = 75/√(10·601,2) = 0,9673

Risposta

r = 0,9673
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 5,448

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 = 20/5 = 4
ȳ = 169/5 = 33,8

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 29

Retta di regressione

b = 29/10 = 2,9
a = 33,8 − 2,9·4 = 22,2
ŷ = 22,2 + 2,9·x

Risolvi per x

x = (38 − 22,2)/2,9 = 5,448

Risposta

x = 5,448
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 7,502

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

fumatori: 100·56/160 = 35, 100·104/160 = 65
non fumatori: 60·56/160 = 21, 60·104/160 = 39

Statistica chi quadrato

χ² = (27 − 35)²/35 + (73 − 65)²/65 + (29 − 21)²/21 + (31 − 39)²/39
χ² = 7,502

Risposta

χ² = 7,502

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 5,991

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 − 1 = 2

Tabella

χ²crit(df = 2, α = 0,05) = 5,991

Risposta

χ²crit = 5,991

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

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