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'alfa di Cronbach di 0,88 per una scala d'ansia di 15 item indica:

  1. AChe la scala predice bene l'ansia futura
  2. BChe la scala ha un effetto significativo sull'ansia
  3. CChe i punteggi sono stabili per sei mesi
  4. DUna buona coerenza interna degli item
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore confronta tre o più medie di gruppo. Perché usa un'ANOVA a una via invece di più test t?

  1. AI test t non gestiscono numeri superiori a 100
  2. BPiù test t gonfiano il tasso complessivo di errore di I tipo
  3. CI test t richiedono dati qualitativi
  4. DL'ANOVA trova sempre effetti più grandi rispetto all'insieme equivalente di test t
3.Statistica descrittivaMedia
152025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 32, 56, 59, 43, 11.

n = 5
s =
4.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 170 e deviazione standard 20. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 210?

μ = 170σ = 20x = 210
P =
5.ProbabilitàMedia
n = 12k = 5N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 5 persone da un gruppo di 12? L'ordine non conta.

n = 12k = 5
N =
6.ProbabilitàDifficile
n = 6, p = 0,6: P(X ≤ 1) = ?k0123456

Si collaudano 6 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,6, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?

n = 6p = 0,6
P =
7.Distribuzione normaleMedia
60,567P = ?

Supponi che i voti di un esame abbiano una distribuzione normale con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Quale frazione è compresa tra 60,5 e 67 punti? Dai P come numero decimale.

μ = 65σ = 10x1 = 60,5x2 = 67
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
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Si confronta la durata della batteria di due modelli di telefono. Modello 1: 60 telefoni, media 108 h, deviazione standard nota 4 h. Modello 2: 50 telefoni, media 106,5 h, deviazione standard nota 9 h. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 99% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 60x̄₁ = 108 hσ₁ = 4 hn₂ = 50x̄₂ = 106,5 hσ₂ = 9 h99%
limite inferiore = h
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 13, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,590%

La deviazione standard della popolazione è 13. 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 2,5?

σ = 13E = 2,590%
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 80 pezzi ha lunghezza media 142,5 mm, e la deviazione standard nota della linea è 12 mm. Linea 2: un campione di 30 pezzi ha media 144,7 mm, deviazione standard nota 3 mm. Trova la statistica test z per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (linea 1 meno linea 2).

n₁ = 80x̄₁ = 142,5 mmσ₁ = 12 mmn₂ = 30x̄₂ = 144,7 mmσ₂ = 3 mm
z =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 100 contro H₁: μ > 100 viene eseguito con α = 0,01 su un campione di 36; la deviazione standard è nota e vale 15. In realtà la media è 104,5. Trova la potenza 1 − β del test in percentuale.

μ₀ = 100μ = 104,5σ = 15n = 36α = 0,01
1 − β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy146317772096231072611829135xy15202530100

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy124218316415511xy2410152025x = 1,5

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. Si effettua una nuova osservazione (1,5, 25). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(1,5, 25)
e =
15.Test chi quadratoMedia
miglioratinon miglioratiTotalenuovo farmaco4852100placebo8436120Totale13288220

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

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento confronta le frequenze osservate in 5 categorie con proporzioni attese completamente specificate (nessun parametro è stimato dai dati). Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 5
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Una buona coerenza interna degli item

Perché è questa la risposta

L'alfa di Cronbach stima la coerenza interna; valori intorno a 0,7 o superiori sono di solito considerati accettabili. Da sola non dimostra la validità.

Risposta

D · Una buona coerenza interna degli item
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Più test t gonfiano il tasso complessivo di errore di I tipo

Perché è questa la risposta

Eseguire molti test a coppie moltiplica la probabilità di un falso positivo. L'ANOVA verifica tutti i gruppi insieme ed è seguita da test post hoc corretti.

Risposta

B · Più test t gonfiano il tasso complessivo di errore di I tipo
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 19,56

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 = 201/5 = 40,2

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−8,2)² + 15,8² + 18,8² + 2,8² + (−29,2)² = 1531

Deviazione standard

s = √(1531/4) = 19,56

Risposta

s = 19,56
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,9772

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 = 0,9772

Risposta

P = 0,9772
5.Probabilità

Risposta: N = 792

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(12, 5) = (12·11·10·9·8)/(5·4·3·2·1) = 792

Risposta

N = 792
6.Probabilità

Risposta: P = 0,04096

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.

Zero e un guasto

P(X = 0) = 0,46 = 0,004096
P(X = 1) = 6·0,6·0,45 = 0,03686

Sommale

P = 0,004096 + 0,03686 = 0,04096

Risposta

P = 0,04096
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,2529

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 = (60,5 − 65)/10 = −0,45
z₂ = (67 − 65)/10 = 0,2

Area compresa

P = Φ(0,2) − Φ(−0,45) = 0,5793 − 0,3264 = 0,2529

Risposta

P = 0,2529
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: limite inferiore = −2,038 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 = 108 − 106,5 = 1,5

Errore standard

SE = √(4²/60 + 9²/50) = 1,374

Margine di errore

E = 2,576·1,374 = 3,538

Intervallo

1,5 ± 3,538 → [−2,038, 5,038]

Risposta

limite inferiore = −2,038 h

L’intervallo contiene 0, quindi i dati non mostrano una differenza significativa.

10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 74

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 = (1,645·13/2,5)² = 73,17

Arrotonda per eccesso

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

n = 74

Risposta

n = 74
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = −1,518

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 = √(12²/80 + 3²/30) = √2,1 = 1,449

Statistica test

z = (142,5 − 144,7)/1,449 = −1,518

Risposta

z = −1,518

|z| < 1.96, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: 1 − β = 29,94 %

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 = 15/√36 = 2,5
x̄c = 100 + 2,326·2,5 = 105,8

z sotto la media vera

z = (105,8 − 104,5)/2,5 = 0,526

Potenza

potenza = P(Z > 0,526) = 29,94%
1 − β = 29,94%

Risposta

1 − β = 29,94%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9967

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 = 129/6 = 21,5
ȳ = 596/6 = 99,33

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 741
Syy = Σ(y − ȳ)² = 3509

Coefficiente di correlazione

r = 741/√(157,5·3509) = 0,9967

Risposta

r = 0,9967
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 3,85

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 = 84/5 = 16,8

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 = 16,8 − (−2,9)·3 = 25,5
ŷ = 25,5 − 2,9·x

Valore previsto

ŷ = 25,5 + (−2,9)·1,5 = 21,15

Residuo

e = 25 − 21,15 = 3,85

Risposta

e = 3,85

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 11

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

nuovo farmaco: 100·132/220 = 60, 100·88/220 = 40
placebo: 120·132/220 = 72, 120·88/220 = 48

Statistica chi quadrato

χ² = (48 − 60)²/60 + (52 − 40)²/40 + (84 − 72)²/72 + (36 − 48)²/48
χ² = 11

Risposta

χ² = 11

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 4

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 = 5 − 1 = 4

Risposta

df = 4

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