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

Alcuni esperti verificano se gli item di un esame di matematica coprono tutti gli argomenti del programma. In questo modo si valuta:

  1. AL'attendibilità test-retest
  2. BLa validità predittiva
  3. CLa validità ecologica
  4. DLa validità di contenuto
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Perché molti ricercatori sostengono che i valori p dovrebbero essere riportati insieme alle dimensioni dell'effetto e agli intervalli di confidenza?

  1. AGli intervalli di confidenza servono solo nella ricerca qualitativa
  2. BUn valore p non indica quanto sia grande o precisa la stima dell'effetto
  3. CLe dimensioni dell'effetto rendono la numerosità del campione irrilevante per la significatività
  4. DI valori p indicano la probabilità che l'ipotesi sia vera
3.Statistica descrittivaMedia
1520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 22, 51, 13, 50, 17, 17.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 100 e deviazione standard 20. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 84?

μ = 100σ = 20x = 84
P =
5.ProbabilitàMedia
n = 15k = 3N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 3 persone da un gruppo di 15? L'ordine non conta.

n = 15k = 3
N =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)00,110,120,230,3540,25μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 2X + 10. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,1, 0,1, 0,2, 0,35, 0,25Y = 2X + 10
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,7257

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,7257. Trova z con due decimali.

A = 0,7257
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
235240245250255260265gin basso 80%

I valori di i pesi dei sacchetti sono distribuiti normalmente con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trascina la soglia in modo che il 80% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 250 gσ = 5 g80%
x = g
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 9, s = 16L = ?Ux̄ = 79,5E90%

Un campione di 9 elementi ha media 79,5 e deviazione standard s = 16. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 9x̄ = 79,5s = 1690%t(8) = 1,86
limite inferiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 27, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

La deviazione standard della popolazione è 27. 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 2,5?

σ = 27E = 2,595%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,98401,984

Un campione di 100 studenti ha un punteggio medio di 74,64 e una deviazione standard campionaria di 4. Trova la statistica test t per H₀: μ = 75.

μ₀ = 75x̄ = 74,64s = 4n = 100
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
−1,961,96z = ?

In una sperimentazione, 138 pazienti su 250 con il trattamento A guariscono, e 201 su 300 con il trattamento B. Usando la proporzione combinata, trova la statistica test z per H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 138n₁ = 250x₂ = 201n₂ = 300
z =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy26466128171019xy5105101520

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 = 60Σx² = 220Σy² = 866Σxy = 434
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy254761581610201224xy5101020x = 5

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Prevedi ŷ per x = 5.

n = 6x = 5
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
sìnoTotaleuomini7941120donne4179120Totale120120240

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 = 2402 × 2
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 2 righe e 5 colonne (totali esclusi). Quanti gradi di libertà df ha il test?

2 × 5
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · La validità di contenuto

Perché è questa la risposta

La validità di contenuto è la misura in cui uno strumento copre tutti gli aspetti rilevanti del costrutto, di solito secondo il giudizio di esperti.

Risposta

D · La validità di contenuto
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Un valore p non indica quanto sia grande o precisa la stima dell'effetto

Perché è questa la risposta

Un valore p dipende molto dalla numerosità del campione e indica solo quanto i dati siano sorprendenti sotto l'ipotesi nulla. Le dimensioni dell'effetto mostrano la grandezza e gli intervalli la precisione.

Risposta

B · Un valore p non indica quanto sia grande o precisa la stima dell'effetto
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 17,41

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 = 170/6 = 28,33

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−6,333)² + 22,67² + (−15,33)² + 21,67² + (−11,33)² + (−11,33)² = 1515

Deviazione standard

s = √(1515/5) = 17,41

Risposta

s = 17,41
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,2119

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 = −0,8

Tavola della normale standard

Φ(−0,8) = 0,2119
P = 0,2119

Risposta

P = 0,2119
5.Probabilità

Risposta: N = 455

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(15, 3) = (15·14·13)/(3·2·1) = 455

Risposta

N = 455
6.Probabilità

Risposta: σY = 2,488

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 = 2,55, Var(X) = 1,548, σX = 1,244

Trasformazione lineare

σY = |2|·1,244 = 2,488

Risposta

σY = 2,488

La media invece si sposta: E(Y) = 2·2,55 + 10 = 15,1.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = −0,6

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 − 0,7257 = 0,2743

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,2743 dentro la tabella e leggi z.

z = −0,60

Risposta

z = −0,60
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 254,2 g

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) = 0,8

z dalla tabella

z ≈ 0,84

Di nuovo nelle unità originali

x = 250 + 0,84·5 = 254,2 g

Risposta

x = 254,2 g
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 69,58

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 = 8, t = 1,86

Margine di errore

E = 1,86·16/√9 = 9,92

Intervallo

79,5 ± 9,92 → [69,58, 89,42]

Risposta

limite inferiore = 69,58
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 449

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 = (1,96·27/2,5)² = 448,1

Arrotonda per eccesso

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

n = 449

Risposta

n = 449
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −0,9

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 = 4/√100 = 4/10 = 0,4

Statistica test

t = (74,64 − 75)/0,4 = −0,9

Risposta

t = −0,9
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| < 1.984, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = −2,834

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.

Proporzioni campionarie

p̂₁ = 138/250 = 0,552
p̂₂ = 201/300 = 0,67
p̂ = 339/550 = 0,6164

Errore standard sotto H₀

SE = √(0,6164·0,3836·(1/250 + 1/300)) = 0,04164

Statistica test

z = (0,552 − 0,67)/0,04164 = −2,834

Risposta

z = −2,834

|z| > 1,96, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9683

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 = 434 − 30·60/5 = 74
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 866 − 60²/5 = 146

Coefficiente di correlazione

r = 74/√(40·146) = 0,9683

Risposta

r = 0,9683
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 10,64

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 = 87/6 = 14,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 135

Retta di regressione

b = 135/70 = 1,929
a = 14,5 − 1,929·7 = 1
ŷ = 1 + 1,929·x

Previsione

ŷ = 1 + 1,929·5 = 10,64

Risposta

ŷ = 10,64
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 24,07

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

uomini: 120·120/240 = 60, 120·120/240 = 60
donne: 120·120/240 = 60, 120·120/240 = 60

Statistica chi quadrato

χ² = (79 − 60)²/60 + (41 − 60)²/60 + (41 − 60)²/60 + (79 − 60)²/60
χ² = 24,07

Risposta

χ² = 24,07

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 4

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 = (2 − 1)·(5 − 1) = 4

Risposta

df = 4

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