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

Per ottenere un campione con le stesse proporzioni di studenti del primo, secondo e terzo anno presenti nella popolazione universitaria, un ricercatore dovrebbe usare:

  1. AIl campionamento stratificato
  2. BIl campionamento di volontari
  3. CIl campionamento opportunistico
  4. DIl campionamento a valanga
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore esegue 20 analisi su un insieme di dati e riporta solo quella con p < 0,05. Questa pratica si chiama:

  1. ATriangolazione
  2. BP-hacking
  3. CPreregistrazione
  4. DBilanciamento
3.Statistica descrittivaMedia
25303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 22, 36, 45, 49, 33, 57, 41.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 170 e deviazione standard 12. Quale proporzione P dei valori è superiore a 177,2?

μ = 170σ = 12x = 177,2
P =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 4blu: 9

Un sacchetto contiene 4 palline rosse e 9 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

4 / 9
P =
6.ProbabilitàDifficile
n = 11, p = 0,7: P(X = 4) = ?k01234567891011

Un test ha 11 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 = 11p = 0,7k = 4
P =
7.Distribuzione normaleMedia
5080P = ?

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 50 e 80 punti? Dai P come numero decimale.

μ = 65σ = 10x1 = 50x2 = 80
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 500x = ?99%

Supponi che le durate delle batterie abbiano una distribuzione normale con media 500 h e deviazione standard 40 h. Trova il valore x sotto il quale si trova il 99 % dei dati (il 99° percentile).

μ = 500σ = 40P = 99%
x = h
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 6, s = 18,5LUx̄ = 10E = ?90%

Un campione di 6 elementi ha media 10 e deviazione standard s = 18,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il margine di errore E di un intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 6x̄ = 10s = 18,590%t(5) = 2,015
E =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 399%

La deviazione standard della popolazione è 20. 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 3?

σ = 20E = 399%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−1,04p = ?

Si afferma che la media di una popolazione sia 80; la deviazione standard della popolazione è nota e vale 16. Un campione casuale di 64 osservazioni ha media 77,92. Verifica H₀: μ = 80 contro H₁: μ < 80. Trova il p-value p.

μ₀ = 80σ = 16n = 64x̄ = 77,92H₁: μ < μ₀
p =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,9601,96

Un campione di 16 misure ha media 71,5. La deviazione standard della popolazione è 5. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 95 % per la media.

x̄ = 71,5σ = 5n = 1695%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy254357466570680xy246607080

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 = 327Σx² = 90Σy² = 21821Σxy = 1373
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy177620892398261122912532144xy202530100150ŷ = 134

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 134?

n = 6ŷ = 134
x =
15.Test chi quadratoMedia
miglioratinon miglioratiTotalenuovo farmaco512980placebo374380Totale8872160

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
sìnoTotalelinea 1394180linea 2461460linea 35941100Totale14496240dfα = 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 · Il campionamento stratificato

Perché è questa la risposta

Il campionamento stratificato individua dei sottogruppi (strati) ed estrae a caso da ciascuno in proporzione alla sua dimensione nella popolazione, rendendo il campione più rappresentativo.

Risposta

A · Il campionamento stratificato
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · P-hacking

Perché è questa la risposta

Il p-hacking sfrutta la flessibilità dell'analisi per ottenere la significatività, portando il tasso di falsi positivi ben al di sopra del 5%. La preregistrazione e la trasparenza nei resoconti lo riducono.

Risposta

B · P-hacking
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 11,43

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 = 283/7 = 40,43

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−18,43)² + (−4,429)² + 4,571² + 8,571² + (−7,429)² + 16,57² + 0,5714² = 783,7

Deviazione standard

s = √(783,7/6) = 11,43

Risposta

s = 11,43
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: P = 0,07692

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 = 4/13 · 3/12 = 12/156 = 0,07692

Risposta

P = 0,07692
6.Probabilità

Risposta: P = 0,01733

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) = 330·0,74·0,37 = 330·0,2401·0,0002187 = 0,01733

Risposta

P = 0,01733
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,8664

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 = (50 − 65)/10 = −1,5
z₂ = (80 − 65)/10 = 1,5

Area compresa

P = Φ(1,5) − Φ(−1,5) = 0,9332 − 0,06681 = 0,8664

Risposta

P = 0,8664
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 593,1 h

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) = 0,99 → z = 2,326

Ritorno a x

x = 500 + 2,326·40 = 593,05 h

Risposta

x = 593,05 h
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 15,22

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 = 5, t = 2,015

Margine di errore

E = 2,015·18,5/√6 = 15,22

Risposta

E = 15,22
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 295

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 = (2,576·20/3)² = 294,9

Arrotonda per eccesso

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

n = 295

Risposta

n = 295
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: p = 0,1492

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 = 16/√64 = 2
z = (77,92 − 80)/2 = −1,04

Area della coda

Φ(1,04) = 0,8508
1 − Φ(1,04) = 0,1492

p-value

p = 0,1492

Risposta

p = 0,1492

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

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 73,95

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 = 1,96·5/√16 = 2,45

Limite dell'intervallo

U = 71,5 + 2,45 = 73,95

Risposta

U = 73,95
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9853

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 = 1373 − 20·327/5 = 65
Sxx = 90 − 20²/5 = 10
Syy = 21821 − 327²/5 = 435,2

Coefficiente di correlazione

r = 65/√(10·435,2) = 0,9853

Risposta

r = 0,9853
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 30,56

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 = 147/6 = 24,5
ȳ = 644/6 = 107,3

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 693

Retta di regressione

b = 693/157,5 = 4,4
a = 107,3 − 4,4·24,5 = −0,4667
ŷ = −0,4667 + 4,4·x

Risolvi per x

x = (134 − (−0,4667))/4,4 = 30,56

Risposta

x = 30,56
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 4,949

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: 80·88/160 = 44, 80·72/160 = 36
placebo: 80·88/160 = 44, 80·72/160 = 36

Statistica chi quadrato

χ² = (51 − 44)²/44 + (29 − 36)²/36 + (37 − 44)²/44 + (43 − 36)²/36
χ² = 4,949

Risposta

χ² = 4,949

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 11,2

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

linea 1: 48, 32
linea 2: 36, 24
linea 3: 60, 40

Statistica chi quadrato

χ² = (39 − 48)²/48 + (41 − 32)²/32 + (46 − 36)²/36 + (14 − 24)²/24 + (59 − 60)²/60 + (41 − 40)²/40
χ² = 11,2

Decisione

df = 2, χ²crit = 5,991
11,2 > 5,991

Risposta

χ² = 11,2

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

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