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

In una distribuzione perfettamente normale:

  1. ALa media è sempre maggiore della mediana
  2. BMedia, mediana e moda sono uguali
  3. CLa moda è il punteggio più basso
  4. DLa maggior parte dei punteggi si trova nelle code
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Uno studio con 10 partecipanti trova un effetto grande ma non significativo. Qual è la conclusione più appropriata?

  1. AL'effetto deve essere un errore di I tipo
  2. BLa dimensione dell'effetto deve essere stata calcolata male
  3. CLo studio può aver avuto una potenza insufficiente, quindi il risultato è inconcludente
  4. DLo studio dimostra che l'ipotesi nulla è vera, poiché l'effetto non era significativo
3.Statistica descrittivaMedia
1015202530354045

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 24, 30, 11, 16, 10, 47.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 170 e deviazione standard 15. Quale proporzione P dei valori è superiore a 179?

μ = 170σ = 15x = 179
P =
5.ProbabilitàMedia
n = 9k = 2N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 2 persone da un gruppo di 9? L'ordine non conta.

n = 9k = 2
N =
6.ProbabilitàDifficile
n = 7, p = 0,7: P(X = 4) = ?k01234567

Un test ha 7 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,7, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 4 risposte corrette?

n = 7p = 0,7k = 4
P =
7.Distribuzione normaleMedia
48 kg49,6 kgT = X₁ + … + X₄?

Le masse di scatole sono indipendenti e normali con media 12 kg e deviazione standard 0,8 kg. Trova la probabilità P che la massa totale di 4 di essi superi 49,6 kg. Arrotonda z a due decimali.

μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 4> 49,6 kg
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
35455565758595puntiin basso 95%

I valori di i voti di un esame sono distribuiti normalmente con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Trascina la soglia in modo che il 95% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 65 puntiσ = 10 punti95%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 15, s = 9L = ?Ux̄ = 65E95%

Un campione di 15 elementi ha media 65 e deviazione standard s = 9. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 95 % per la media.

n = 15x̄ = 65s = 995%t(14) = 2,145
limite inferiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0395%

Non si sa nulla in anticipo sulla proporzione di prodotti difettosi. Quanti prodotti n si devono ispezionare perché un intervallo di confidenza al 95% per la proporzione abbia un margine di errore di al massimo 0,03?

p = 0,5E = 0,0395%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,3p = ?

Si afferma che la media di una popolazione sia 250; la deviazione standard della popolazione è nota e vale 40. Un campione casuale di 100 osservazioni ha media 240,8. Verifica H₀: μ = 250 contro H₁: μ < 250. Trova il p-value p.

μ₀ = 250σ = 40n = 100x̄ = 240,8H₁: μ < μ₀
p =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 64 misure ha media 197,4. La deviazione standard della popolazione è 10. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 197,4σ = 10n = 6490%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy140350557765974xy54060

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 5
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy2454586708831010212115xy51050100x = 9

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (9, 97). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 6(9, 97)
e =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti293041100personale11262360Totale405664160

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 × 3
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

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 3 righe e 4 colonne (totali esclusi). 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 · Media, mediana e moda sono uguali

Perché è questa la risposta

Una distribuzione normale è simmetrica e a forma di campana, quindi tutte e tre le misure di tendenza centrale cadono al centro.

Risposta

B · Media, mediana e moda sono uguali
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Lo studio può aver avuto una potenza insufficiente, quindi il risultato è inconcludente

Perché è questa la risposta

Con campioni piccoli, anche effetti reali spesso non raggiungono la significatività (errore di II tipo). I ricercatori dovrebbero riportare la dimensione dell'effetto e l'intervallo di confidenza e replicare con un campione più grande.

Risposta

C · Lo studio può aver avuto una potenza insufficiente, quindi il risultato è inconcludente
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 14,06

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 = 138/6 = 23

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 1² + 7² + (−12)² + (−7)² + (−13)² + 24² = 988

Deviazione standard

s = √(988/5) = 14,06

Risposta

s = 14,06
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,2743

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 = 0,6

Tavola della normale standard

Φ(0,6) = 0,7257
P = 1 − 0,7257 = 0,2743

Risposta

P = 0,2743
5.Probabilità

Risposta: N = 36

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(9, 2) = (9·8)/(2·1) = 36

Risposta

N = 36
6.Probabilità

Risposta: P = 0,2269

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 = 4) = 35·0,74·0,33 = 35·0,2401·0,027 = 0,2269

Risposta

P = 0,2269
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,1587

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 del totale

μT = 48 kg, σT = 0,8·√4 = 1,6 kg

Standardizza

z = (49,6 − 48)/1,6 = 1

Probabilità

P = 1 − Φ(1) = 0,1587

Risposta

P = 0,1587
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 81,4 punti

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

Φ(z) = 0,95

z dalla tabella

z ≈ 1,64

Di nuovo nelle unità originali

x = 65 + 1,64·10 = 81,4 punti

Risposta

x = 81,4 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 60,02

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 = 14, t = 2,145

Margine di errore

E = 2,145·9/√15 = 4,985

Intervallo

65 ± 4,985 → [60,02, 69,98]

Risposta

limite inferiore = 60,02
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 1068

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Ricava n

n = 1,96²·0,5·0,5/0,03² = 1067

Arrotonda per eccesso

n = 1068

Risposta

n = 1068
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: p = 0,01072

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.

Statistica test

SE = σ/√n = 40/√100 = 4
z = (240,8 − 250)/4 = −2,3

Area della coda

Φ(2,3) = 0,9893
1 − Φ(2,3) = 0,0107

p-value

p = 0,01072

Risposta

p = 0,01072

p ≤ 0,05, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5%.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 199,5

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 = 197,4 + 2,056 = 199,5

Risposta

U = 199,5
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9972

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 = 25/5 = 5
ȳ = 286/5 = 57,2

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 166
Syy = Σ(y − ȳ)² = 690,8

Coefficiente di determinazione

r² = 166²/(40·690,8) = 0,9972

Risposta

r² = 0,9972

Circa il 99,72% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 4,024

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 = 473/6 = 78,83

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 495

Retta di regressione

b = 495/70 = 7,071
a = 78,83 − 7,071·7 = 29,33
ŷ = 29,33 + 7,071·x

Valore previsto

ŷ = 29,33 + 7,071·9 = 92,98

Residuo

e = 97 − 92,98 = 4,024

Risposta

e = 4,024

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 3,678

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: 100·40/160 = 25, 100·56/160 = 35, 100·64/160 = 40
personale: 60·40/160 = 15, 60·56/160 = 21, 60·64/160 = 24

Statistica chi quadrato

χ² = (29 − 25)²/25 + (30 − 35)²/35 + (41 − 40)²/40 + (11 − 15)²/15 + (26 − 21)²/21 + (23 − 24)²/24
χ² = 3,678

Risposta

χ² = 3,678

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 12,59

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.

Gradi di libertà

df = (3 − 1)·(4 − 1) = 6

Tabella

χ²crit(df = 6, α = 0,05) = 12,592

Risposta

χ²crit = 12,592

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

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