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 un esperimento sul campo, il ricercatore:

  1. AAnalizza dati raccolti da altri
  2. BSi limita a osservare senza manipolare nulla
  3. CManipola la VI in un laboratorio
  4. DManipola la VI in un contesto reale
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. AP-hacking
  2. BBilanciamento
  3. CTriangolazione
  4. DPreregistrazione
3.Statistica descrittivaMedia
152025303540

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 34, 44, 28, 35, 20, 13.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 50. Trova il punteggio z z di un voto pari a 575.

μ = 500σ = 50x = 575
z =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,310,320,130,0540,25μ = 1,65

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,3, 0,1, 0,05, 0,25
σ =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)00,310,120,3530,25μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 2X + 5. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,3, 0,1, 0,35, 0,25Y = 2X + 5
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,7540

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,7540. Trova z con due decimali.

A = 0,7540
z =
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
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

Si confronta la durata della batteria di due modelli di telefono. Modello 1: 40 telefoni, media 47,5 h, deviazione standard nota 7 h. Modello 2: 50 telefoni, media 59 h, deviazione standard nota 10 h. Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 99% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 40x̄₁ = 47,5 hσ₁ = 7 hn₂ = 50x̄₂ = 59 hσ₂ = 10 h99%
E = h
10.Intervalli di confidenzaDifficile
μ₁ − μ₂, t(24) = 2,7970L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Si provano due fertilizzanti. Gruppo di parcelle 1: 8 parcelle, resa media 78,5 kg, deviazione standard 10 kg. Gruppo di parcelle 2: 18 parcelle, media 77,5 kg, deviazione standard 3 kg. Supponi varianze uguali (t combinato, df = n₁ + n₂ − 2). Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 99% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 8x̄₁ = 78,5s₁ = 10n₂ = 18x̄₂ = 77,5s₂ = 399%t(24) = 2,797
limite inferiore = kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,0932,093t = ?df = 19

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 14 studenti, punteggio medio 30, deviazione standard 11. Gruppo 2: 7 studenti, punteggio medio 16,6, deviazione standard 3,5. Supponi varianze della popolazione uguali e usa il test t a due campioni con varianza combinata. Trova la statistica test t per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (gruppo 1 meno gruppo 2).

n₁ = 14x̄₁ = 30s₁ = 11n₂ = 7x̄₂ = 16,6s₂ = 3,5
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 100 misure ha media 200,6. La deviazione standard della popolazione è 5. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 200,6σ = 5n = 10090%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy2554656838941010912131xy51050100

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 6
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy150352558770979xy550607080x = 8

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. 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 giorno15313480turno di notte6252960Totale215663140

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 = 1402 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento confronta le frequenze osservate in 11 categorie con proporzioni attese completamente specificate (nessun parametro è stimato dai dati). Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 11
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Manipola la VI in un contesto reale

Perché è questa la risposta

Gli esperimenti sul campo, come le situazioni di richiesta d'aiuto inscenate per strada, aumentano la validità ecologica ma offrono meno controllo sulle variabili estranee e sollevano problemi di consenso.

Risposta

D · Manipola la VI in un contesto reale
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · 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

A · P-hacking
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 11,17

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 = 174/6 = 29

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 5² + 15² + (−1)² + 6² + (−9)² + (−16)² = 624

Deviazione standard

s = √(624/5) = 11,17

Risposta

s = 11,17
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 1,5

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 = (575 − 500)/50 = 1,5

Risposta

z = 1,5
5.Probabilità

Risposta: σ = 1,558

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 + 1·0,3 + 2·0,1 + 3·0,05 + 4·0,25 = 1,65

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,3 + 1·0,3 + 4·0,1 + 9·0,05 + 16·0,25 = 5,15

Varianza

Var(X) = 5,15 − 1,65² = 2,428
σ = √2,428 = 1,558

Risposta

σ = 1,558
6.Probabilità

Risposta: σY = 2,322

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.

Dispersione di X

μ = 1,55, Var(X) = 1,348, σX = 1,161

Trasformazione lineare

σY = |2|·1,161 = 2,322

Risposta

σY = 2,322

La media invece si sposta: E(Y) = 2·1,55 + 5 = 8,1.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,16

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 + 0,7540)/2 = 0,8770

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,8770 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,16

Risposta

z = 1,16
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 = 4,626 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 = 47,5 − 59 = −11,5

Errore standard

SE = √(7²/40 + 10²/50) = 1,796

Margine di errore

E = 2,576·1,796 = 4,626

Risposta

E = 4,626 h

L’intervallo non contiene 0, quindi le medie differiscono in modo significativo.

10.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = −6,085 kg

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.

Deviazione standard combinata

sp² = (7·10² + 17·3²)/24 = 35,54
sp = 5,962

Margine di errore

E = 2,797·5,962·√(1/8 + 1/18) = 7,085

Intervallo

1 ± 7,085 → [−6,085, 8,085]

Risposta

limite inferiore = −6,085 kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 3,11

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.

Varianza combinata

sp² = (13·11² + 6·3,5²)/19 = 86,66
sp = 9,309

Errore standard

SE = 9,309·√(1/14 + 1/7) = 4,309

Statistica test

t = (30 − 16,6)/4,309 = 3,11

Risposta

t = 3,11

Con df = 19, il valore critico bilaterale al 5% è 2,093; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 201,4

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 = 1,645·5/√100 = 0,8225

Limite dell'intervallo

U = 200,6 + 0,8225 = 201,4

Risposta

U = 201,4
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9879

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 = 537/6 = 89,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 523
Syy = Σ(y − ȳ)² = 3956

Coefficiente di determinazione

r² = 523²/(70·3956) = 0,9879

Risposta

r² = 0,9879

Circa il 98,79% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 73,2

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 = 309/5 = 61,8

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 152

Retta di regressione

b = 152/40 = 3,8
a = 61,8 − 3,8·5 = 42,8
ŷ = 42,8 + 3,8·x

Previsione

ŷ = 42,8 + 3,8·8 = 73,2

Risposta

ŷ = 73,2
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 2,082

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

turno di giorno: 80·21/140 = 12, 80·56/140 = 32, 80·63/140 = 36
turno di notte: 60·21/140 = 9, 60·56/140 = 24, 60·63/140 = 27

Statistica chi quadrato

χ² = (15 − 12)²/12 + (31 − 32)²/32 + (34 − 36)²/36 + (6 − 9)²/9 + (25 − 24)²/24 + (29 − 27)²/27
χ² = 2,082

Risposta

χ² = 2,082

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 10

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 = 11 − 1 = 10

Risposta

df = 10

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