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

Gli stessi 25 partecipanti svolgono un test di memoria prima e dopo aver assunto caffeina. I punteggi sono a intervalli e approssimativamente normali. Quale test è appropriato?

  1. ATest t per campioni appaiati (dipendenti)
  2. BTest t per campioni indipendenti
  3. CTest chi-quadrato
  4. DTest U di Mann–Whitney
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore raccoglie dati in nove momenti e ogni volta esegue un test al livello del 5% senza correzione. Qual è il problema?

  1. AI dati diventano più attendibili ogni volta, quindi l'ultimo test è il più accurato
  2. BNon c'è alcun problema in questo approccio
  3. CLa probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%
  4. DLa dimensione dell'effetto diminuisce a ogni test
3.Statistica descrittivaMedia
152025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 29, 57, 15, 23, 40, 40, 28.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 100 e deviazione standard 20. Trova il punteggio z z di un voto pari a 80.

μ = 100σ = 20x = 80
z =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,310,1520,1530,240,2μ = 1,85

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,15, 0,15, 0,2, 0,2
σ =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−50,85100,1450,05

Giocare a un gioco costa 5 €. Si vincono 15 € con probabilità 0,1 e 50 € con probabilità 0,05; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €5€15: p = 0,1€50: p = 0,05
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,9476

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,9476. Trova z con due decimali.

A = 0,9476
z =
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 = 15, sd​ = 7,70LUd̄ = 4,3E = ?95%

La pressione arteriosa di 15 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media 4,3 e deviazione standard 7,7. Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 95% per la differenza media.

n = 15d̄ = 4,3sd = 7,795%t(14) = 2,145
E = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 34, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

La deviazione standard della popolazione è 34. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 99 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 2?

σ = 34E = 299%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−1,961,96z = ?

Due linee di produzione fabbricano lo stesso pezzo. Linea 1: un campione di 60 pezzi ha lunghezza media 111 mm, e la deviazione standard nota della linea è 7 mm. Linea 2: un campione di 40 pezzi ha media 118,2 mm, deviazione standard nota 20 mm. Trova la statistica test z per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (linea 1 meno linea 2).

n₁ = 60x̄₁ = 111 mmσ₁ = 7 mmn₂ = 40x̄₂ = 118,2 mmσ₂ = 20 mm
z =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 4, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 395%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 95 % per una media abbia un margine di errore di al massimo 3? La deviazione standard è 4. Trova la dimensione minima del campione n.

σ = 4E = 395%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy15571761197821862396xy15206080100

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 5
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy274861381310161219xy510101520x = 11

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (11, 19). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 6(11, 19)
e =
15.Test chi quadratoMedia
sìnoTotaleuomini374380donne8911100Totale12654180

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 = 1802 × 2
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
promossobocciatoTotalestabilimento A4951100stabilimento B303060stabilimento C176380Totale96144240dfα = 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 = 0,05 se le due variabili sono indipendenti (senza correzione di continuità). Calcola la statistica test χ², poi confrontala con il valore critico della tabella.

N = 2403 × 2α = 0,05
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Test t per campioni appaiati (dipendenti)

Perché è questa la risposta

Un test t per campioni appaiati confronta le medie degli stessi partecipanti in due condizioni, usando le differenze all'interno di ogni persona.

Risposta

A · Test t per campioni appaiati (dipendenti)
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · La probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%

Perché è questa la risposta

Con nove test indipendenti la probabilità di almeno un errore di I tipo è circa 1 − 0,95⁹ ≈ 37%. Correzioni come quella di Bonferroni risolvono il problema.

Risposta

C · La probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 13,78

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 = 232/7 = 33,14

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−4,143)² + 23,86² + (−18,14)² + (−10,14)² + 6,857² + 6,857² + (−5,143)² = 1139

Deviazione standard

s = √(1139/6) = 13,78

Risposta

s = 13,78
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 = (80 − 100)/20 = −1

Risposta

z = −1
5.Probabilità

Risposta: σ = 1,526

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 = 0·0,3 + 1·0,15 + 2·0,15 + 3·0,2 + 4·0,2 = 1,85

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,3 + 1·0,15 + 4·0,15 + 9·0,2 + 16·0,2 = 5,75

Varianza

Var(X) = 5,75 − 1,85² = 2,327
σ = √2,327 = 1,526

Risposta

σ = 1,526
6.Probabilità

Risposta: E(G) = −1 €

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: 10 (p = 0,1), 45 (p = 0,05), −5 (p = 0,85)

Valore atteso

E(G) = 10·0,1 + 45·0,05 − 5·0,85 = −1 €

Risposta

E(G) = −1 €

Un valore negativo significa che in media perdi denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,94

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 + 0,9476)/2 = 0,9738

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9738 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,94

Risposta

z = 1,94
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 = 4,265 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 = 14, t = 2,145

Margine di errore

E = 2,145·7,7/√15 = 4,265

Risposta

E = 4,265 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 1918

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 = (2,576·34/2)² = 1918

Arrotonda per eccesso

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

n = 1918

Risposta

n = 1918
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = −2,189

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.

Errore standard della differenza

SE = √(7²/60 + 20²/40) = √10,82 = 3,289

Statistica test

z = (111 − 118,2)/3,289 = −2,189

Risposta

z = −2,189

|z| > 1,96, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 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).

Ricava n

n = (1,96·4/3)² = 6,83

Arrotonda per eccesso

n = 7

Risposta

n = 7
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9869

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 = 95/5 = 19
ȳ = 378/5 = 75,6

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 206
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1089

Coefficiente di correlazione

r = 206/√(40·1089) = 0,9869

Risposta

r = 0,9869
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 1,533

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 = 76/6 = 12,67

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 84

Retta di regressione

b = 84/70 = 1,2
a = 12,67 − 1,2·7 = 4,267
ŷ = 4,267 + 1,2·x

Valore previsto

ŷ = 4,267 + 1,2·11 = 17,47

Residuo

e = 19 − 17,47 = 1,533

Risposta

e = 1,533

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 38,68

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: 80·126/180 = 56, 80·54/180 = 24
donne: 100·126/180 = 70, 100·54/180 = 30

Statistica chi quadrato

χ² = (37 − 56)²/56 + (43 − 24)²/24 + (89 − 70)²/70 + (11 − 30)²/30
χ² = 38,68

Risposta

χ² = 38,68

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 17,59

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

stabilimento A: 40, 60
stabilimento B: 24, 36
stabilimento C: 32, 48

Statistica chi quadrato

χ² = (49 − 40)²/40 + (51 − 60)²/60 + (30 − 24)²/24 + (30 − 36)²/36 + (17 − 32)²/32 + (63 − 48)²/48
χ² = 17,59

Decisione

df = 2, χ²crit = 5,991
17,59 > 5,991

Risposta

χ² = 17,59

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

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