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

Perché in un'osservazione le categorie di comportamento vengono operazionalizzate prima della raccolta dei dati?

  1. APerché l'osservazione diventi un esperimento
  2. BPerché l'ipotesi si possa modificare dopo aver visto i dati
  3. CPerché i partecipanti sappiano esattamente che cosa viene registrato
  4. DPerché gli osservatori registrino gli stessi comportamenti in modo coerente, migliorando l'attendibilità
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Le misure della dimensione dell'effetto come la d di Cohen vengono riportate perché:

  1. AIndicano quanti partecipanti hanno abbandonato
  2. BEliminano la necessità di qualsiasi ipotesi
  3. CMostrano quanto è grande un effetto, indipendentemente dalla dimensione del campione
  4. DMostrano se il risultato è statisticamente significativo al livello alfa scelto
3.Statistica descrittivaMedia
253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 33, 37, 25, 42, 53, 54.

n = 6
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 74,8.

μ = 70σ = 8x = 74,8
z =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)100,3200,35300,05400,3μ = 23,5

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

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,3, 0,35, 0,05, 0,3
σ =
6.ProbabilitàDifficile
n = 10, p = 0,6: P(X = 2) = ?k012345678910

Un test ha 10 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,6, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 2 risposte corrette?

n = 10p = 0,6k = 2
P =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,3328

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,3328. Trova z con due decimali.

A = 0,3328
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 32x = ?20%

Supponi che i tempi di consegna abbiano una distribuzione normale con media 32 min e deviazione standard 6 min. Trova il valore x sotto il quale si trova il 20 % dei dati (il 20° percentile).

μ = 32σ = 6P = 20%
x = min
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 30, s = 10,5LU = ?x̄ = 96E95%

Un campione di 30 elementi ha media 96 e deviazione standard s = 10,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 95 % per la media.

n = 30x̄ = 96s = 10,595%t(29) = 2,045
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 18, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 595%

La deviazione standard della popolazione è 18. 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 5?

σ = 18E = 595%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,13102,131

Un campione di 16 studenti ha un punteggio medio di 103,6 e una deviazione standard campionaria di 12. Trova la statistica test t per H₀: μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 103,6s = 12n = 16
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 64 misure ha media 196,9. La deviazione standard della popolazione è 10. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 196,9σ = 10n = 6490%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy284166228291035xy510102030

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 5Σx = 30Σy = 110Σx² = 220Σy² = 2870Σxy = 794
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy3505627639781184xy5106080x = 8

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. Prevedi ŷ per x = 8.

n = 5x = 8
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno11351258turno di notte29332385Totale406835143

La tabella di contingenza riporta le frequenze osservate. Per un test chi quadrato di indipendenza, trova la frequenza attesa E per la cella “turno di notte, lieve”.

totale di riga = 85totale di colonna = 68N = 143
E =
16.Test chi quadratoDifficile
promossobocciatoTotalestabilimento A142640stabilimento B144660stabilimento C3268100Totale60140200dfα = 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 = 2003 × 2α = 0,05
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Perché gli osservatori registrino gli stessi comportamenti in modo coerente, migliorando l'attendibilità

Perché è questa la risposta

Categorie chiare e osservabili (per esempio «colpisce a mano aperta») riducono il giudizio soggettivo e aumentano l'attendibilità tra osservatori.

Risposta

D · Perché gli osservatori registrino gli stessi comportamenti in modo coerente, migliorando l'attendibilità
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Mostrano quanto è grande un effetto, indipendentemente dalla dimensione del campione

Perché è questa la risposta

Con campioni grandi anche effetti minimi possono essere significativi. Le dimensioni dell'effetto esprimono l'entità di una differenza, ad es. d = 0,2 piccola, 0,5 media, 0,8 grande.

Risposta

C · Mostrano quanto è grande un effetto, indipendentemente dalla dimensione del campione
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 11,4

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.

Media

x̄ = 244/6 = 40,67

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−7,667)² + (−3,667)² + (−15,67)² + 1,333² + 12,33² + 13,33² = 649,3

Deviazione standard

s = √(649,3/5) = 11,4

Risposta

s = 11,4
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 0,6

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.

Standardizza

z = (74,8 − 70)/8 = 0,6

Risposta

z = 0,6
5.Probabilità

Risposta: σ = 11,95

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 = 10·0,3 + 20·0,35 + 30·0,05 + 40·0,3 = 23,5

Media dei quadrati

E(X²) = 100·0,3 + 400·0,35 + 900·0,05 + 1600·0,3 = 695

Varianza

Var(X) = 695 − 23,5² = 142,8
σ = √142,8 = 11,95

Risposta

σ = 11,95
6.Probabilità

Risposta: P = 0,01062

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) = 45·0,62·0,48 = 45·0,36·0,0006554 = 0,01062

Risposta

P = 0,01062
7.Distribuzione normale

Risposta: z = 0,43

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 + 0,3328)/2 = 0,6664

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,6664 dentro la tabella e leggi z.

z = 0,43

Risposta

z = 0,43
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 26,95 min

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.

z del percentile

Φ(z) = 0,2 → z = −0,8416

Ritorno a x

x = 32 + −0,8416·6 = 26,95 min

Risposta

x = 26,95 min
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 99,92

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 = 29, t = 2,045

Margine di errore

E = 2,045·10,5/√30 = 3,92

Intervallo

96 ± 3,92 → [92,08, 99,92]

Risposta

limite superiore = 99,92
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 50

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 = (1,96·18/5)² = 49,79

Arrotonda per eccesso

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

n = 50

Risposta

n = 50
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 1,2

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 = 12/√16 = 12/4 = 3

Statistica test

t = (103,6 − 100)/3 = 1,2

Risposta

t = 1,2
t0,025; df = 15 = 2,131

|t| < 2.131, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 199

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).

Margine di errore

E = 1,645·10/√64 = 2,056

Limite dell'intervallo

U = 196,9 + 2,056 = 199

Risposta

U = 199
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9988

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 = 794 − 30·110/5 = 134
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 2870 − 110²/5 = 450

Coefficiente di correlazione

r = 134/√(40·450) = 0,9988

Risposta

r = 0,9988
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 71,6

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 = 35/5 = 7
ȳ = 337/5 = 67,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 168

Retta di regressione

b = 168/40 = 4,2
a = 67,4 − 4,2·7 = 38
ŷ = 38 + 4,2·x

Previsione

ŷ = 38 + 4,2·8 = 71,6

Risposta

ŷ = 71,6
15.Test chi quadrato

Risposta: E = 40,42

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.

Frequenza attesa

E = 85·68/143 = 40,42

Risposta

E = 40,42
16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 1,937

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: 12, 28
stabilimento B: 18, 42
stabilimento C: 30, 70

Statistica chi quadrato

χ² = (14 − 12)²/12 + (26 − 28)²/28 + (14 − 18)²/18 + (46 − 42)²/42 + (32 − 30)²/30 + (68 − 70)²/70
χ² = 1,937

Decisione

df = 2, χ²crit = 5,991
1,937 < 5,991

Risposta

χ² = 1,937

χ² è sotto il valore critico, quindi H₀ non viene rifiutata: non c’è evidenza significativa di un’associazione.

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