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

Uno studio condotto solo con studenti universitari statunitensi può mancare di:

  1. ACoerenza interna
  2. BAttendibilità tra valutatori
  3. CValidità di popolazione
  4. DValidità di contenuto
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Quale test non parametrico confronta due campioni appaiati, come punteggi prima e dopo su una scala ordinale?

  1. ATest t per campioni indipendenti
  2. BTest di indipendenza del chi quadrato
  3. CTest dei ranghi con segno di Wilcoxon
  4. DTest U di Mann-Whitney
3.Statistica descrittivaMedia
152025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 59, 17, 48, 32, 43, 15, 34.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 100 e deviazione standard 8. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 96?

μ = 100σ = 8x = 96
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,210,320,3530,140,05μ = 1,5

Per la distribuzione mostrata, trova la varianza Var(X) di X.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,2, 0,3, 0,35, 0,1, 0,05
Var(X) =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−20,7420,25380,01

Giocare a un gioco costa 2 €. Si vincono 4 € con probabilità 0,25 e 40 € con probabilità 0,01; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €2€4: p = 0,25€40: p = 0,01
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,7154

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,7154. Trova z con due decimali.

A = 0,7154
z =
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: 40 telefoni, media 45,5 h, deviazione standard nota 5 h. Modello 2: 30 telefoni, media 35 h, deviazione standard nota 14 h. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 99% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 40x̄₁ = 45,5 hσ₁ = 5 hn₂ = 30x̄₂ = 35 hσ₂ = 14 h99%
limite inferiore = h
10.Intervalli di confidenzaDifficile
n = 20Lσ = ?s = 3,195%

I diametri di 20 alberi lavorati alla macchina hanno una deviazione standard campionaria di 3,1 µm. Supponendo che i diametri siano distribuiti normalmente, trova il limite superiore σ dell’intervallo di confidenza al 95% per la deviazione standard della popolazione. Con df = 19, il 2,5% della distribuzione χ² si trova sotto 8,907 e il 2,5% sopra 32,852.

n = 20s = 3,1 µmχ² = 8,907, 32,852
σ = µm
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,99801,998

Un campione di 64 studenti ha un punteggio medio di 70,88 e una deviazione standard campionaria di 15. Trova la statistica test t per H₀: μ = 75.

μ₀ = 75x̄ = 70,88s = 15n = 64
t =
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 = 0.05 su un campione di 36; la deviazione standard è nota e vale 12. In realtà la media è 94. Trova la potenza 1 − β del test in percentuale.

μ₀ = 100μ = 94σ = 12n = 36α = 0,05
1 − β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy2841662783410431250xy5102040

La tabella riporta 6 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 = 6Σx = 42Σy = 178Σx² = 364Σy² = 6554Σxy = 1544
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy125224322416514xy24152025ŷ = 25

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. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 25?

n = 5ŷ = 25
x =
15.Test chi quadratoMedia
bassomedioaltoTotaleurbano233859120rurale17521180Totale409070200

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 = 2002 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento confronta le frequenze osservate in 3 categorie con proporzioni attese completamente specificate (nessun parametro è stimato dai dati). Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 3
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Validità di popolazione

Perché è questa la risposta

La validità di popolazione è un tipo di validità esterna. Campioni formati soprattutto da persone giovani, occidentali e istruite possono non rappresentare le altre persone.

Risposta

C · Validità di popolazione
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Test dei ranghi con segno di Wilcoxon

Perché è questa la risposta

Il test di Wilcoxon è per dati ordinali appaiati; l'U di Mann-Whitney è il suo corrispettivo per gruppi indipendenti.

Risposta

C · Test dei ranghi con segno di Wilcoxon
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 16,03

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 = 248/7 = 35,43

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 23,57² + (−18,43)² + 12,57² + (−3,429)² + 7,571² + (−20,43)² + (−1,429)² = 1542

Deviazione standard

s = √(1542/6) = 16,03

Risposta

s = 16,03
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,3085

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 = −0,5

Tavola della normale standard

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085

Risposta

P = 0,3085
5.Probabilità

Risposta: Var(X) = 1,15

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 = 0·0,2 + 1·0,3 + 2·0,35 + 3·0,1 + 4·0,05 = 1,5

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,2 + 1·0,3 + 4·0,35 + 9·0,1 + 16·0,05 = 3,4

Varianza

Var(X) = 3,4 − 1,5² = 1,15

Risposta

Var(X) = 1,15
6.Probabilità

Risposta: E(G) = −0,6 €

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.

Esiti netti

G: 2 (p = 0,25), 38 (p = 0,01), −2 (p = 0,74)

Valore atteso

E(G) = 2·0,25 + 38·0,01 − 2·0,74 = −0,6 €

Risposta

E(G) = −0,6 €

Un valore negativo significa che in media perdi denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,07

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 + 0,7154)/2 = 0,8577

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,8577 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,07

Risposta

z = 1,07
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 = 3,608 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 = 45,5 − 35 = 10,5

Errore standard

SE = √(5²/40 + 14²/30) = 2,676

Margine di errore

E = 2,576·2,676 = 6,892

Intervallo

10,5 ± 6,892 → [3,608, 17,39]

Risposta

limite inferiore = 3,608 h

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

10.Intervalli di confidenza

Risposta: σ = 4,528 µm

Intervallo per una varianza: (n − 1)s²/σ² ha una distribuzione χ² con n − 1 gradi di libertà. L’intervallo al 95% per σ² va da (n − 1)s² diviso il valore χ² superiore (2,5% al di sopra) a (n − 1)s² diviso il valore χ² inferiore (2,5% al di sotto); l’intervallo per σ è la radice quadrata di entrambi i limiti. Non è simmetrico rispetto a s.

Somma dei quadrati

(n − 1)s² = 19·3,1² = 182,6

Limiti per σ²

182,6/32,852 = 5,558
182,6/8,907 = 20,5

Limite per σ

σ = √20,5 = 4,528 µm

Risposta

σ = 4,528 µm

Intervallo al 95% per σ: [2,358, 4,528] µm.

11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −2,197

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 = 15/√64 = 15/8 = 1,875

Statistica test

t = (70,88 − 75)/1,875 = −2,197

Risposta

t = −2,197
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| > 1,998, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: 1 − β = 91,23 %

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 = 12/√36 = 2
x̄c = 100 − 1,645·2 = 96,71

z sotto la media vera

z = (96,71 − 94)/2 = 1,355

Potenza

potenza = P(Z < 1.355) = 91.23%
1 − β = 91,23%

Risposta

1 − β = 91,23%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9982

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 = 1544 − 42·178/6 = 298
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 6554 − 178²/6 = 1273

Coefficiente di correlazione

r = 298/√(70·1273) = 0,9982

Risposta

r = 0,9982
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 1,4

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 = 101/5 = 20,2

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −30

Retta di regressione

b = −30/10 = −3
a = 20,2 − (−3)·3 = 29,2
ŷ = 29,2 − 3·x

Risolvi per x

x = (25 − 29,2)/(−3) = 1,4

Risposta

x = 1,4
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 29,16

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

urbano: 120·40/200 = 24, 120·90/200 = 54, 120·70/200 = 42
rurale: 80·40/200 = 16, 80·90/200 = 36, 80·70/200 = 28

Statistica chi quadrato

χ² = (23 − 24)²/24 + (38 − 54)²/54 + (59 − 42)²/42 + (17 − 16)²/16 + (52 − 36)²/36 + (11 − 28)²/28
χ² = 29,16

Risposta

χ² = 29,16

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 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.

Gradi di libertà

df = 3 − 1 = 2

Risposta

df = 2

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