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

Un intervallo di confidenza al 95% per una media di 50 va da 46 a 54. Qual è l'interpretazione più corretta?

  1. AC'è una probabilità del 95% che la media del campione sia 50
  2. BLa procedura usata produce intervalli che contengono la vera media nel 95% dei casi
  3. CIl 95% dei singoli partecipanti del campione ha ottenuto un punteggio tra 46 e 54 nella misura
  4. DIl risultato non è significativo
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Pazienti scelti perché hanno punteggi d'ansia estremamente alti mostrano punteggi più bassi a un secondo test, anche senza trattamento. Qual è la spiegazione più probabile?

  1. AUn effetto soffitto
  2. BIl bilanciamento
  3. CLa regressione verso la media
  4. DL'effetto Hawthorne
3.Statistica descrittivaMedia
25303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 29, 54, 50, 21, 59, 29.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 8. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 34?

μ = 50σ = 8x = 34
P =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 8blu: 7

Un sacchetto contiene 8 palline rosse e 7 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

8 / 7
P =
6.ProbabilitàDifficile
n = 5, p = 0,3: P(X = 1) = ?k012345

Un test ha 5 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,3, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 1 risposte corrette?

n = 5p = 0,3k = 1
P =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,8990

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,8990. Trova z con due decimali.

A = 0,8990
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 500x = ?5%

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 5 % dei dati (il 5° percentile).

μ = 500σ = 40P = 5%
x = h
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 11, sd​ = 1,50LU = ?d̄ = 3,7E90%

La pressione arteriosa di 11 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media 3,7 e deviazione standard 1,5. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 90% per la differenza media.

n = 11d̄ = 3,7sd = 1,590%t(10) = 1,812
limite superiore = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
n = 21Lσ = ?s = 9,495%

I diametri di 21 alberi lavorati alla macchina hanno una deviazione standard campionaria di 9,4 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 = 20, il 2,5% della distribuzione χ² si trova sotto 9,591 e il 2,5% sopra 34,17.

n = 21s = 9,4 µmχ² = 9,591, 34,17
σ = µm
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,0932,093t = ?df = 19

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 15 studenti, punteggio medio 99, deviazione standard 8,5. Gruppo 2: 6 studenti, punteggio medio 106,6, deviazione standard 9,5. 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 = 15x̄₁ = 99s₁ = 8,5n₂ = 6x̄₂ = 106,6s₂ = 9,5
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 1α = 0,01βσ = 4, potenza 90%, n = ?

Un test z unilaterale con α = 0,01 deve rilevare uno spostamento della media di 1 unità con una potenza del 90%. La deviazione standard è 4. Trova la dimensione minima del campione n.

α = 0,01potenza = 90%δ = 1σ = 4zα = 2,326zβ = 1,282
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy185521712484279630107xy2025306080100

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 5Σx = 120Σy = 413Σx² = 2970Σy² = 35787Σxy = 10299
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy244106178231030xy510102030ŷ = 7

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 7?

n = 5ŷ = 7
x =
15.Test chi quadratoMedia
miglioratinon miglioratiTotalenuovo farmaco501060placebo6753120Totale11763180

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 = 1802 × 2
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: B · La procedura usata produce intervalli che contengono la vera media nel 95% dei casi

Perché è questa la risposta

Un IC al 95% fornisce un intervallo di valori plausibili per il parametro della popolazione. Intervalli più stretti, ottenuti con campioni più grandi, indicano stime più precise.

Risposta

B · La procedura usata produce intervalli che contengono la vera media nel 95% dei casi
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · La regressione verso la media

Perché è questa la risposta

Quando le persone vengono selezionate per i punteggi estremi, l'errore di misura e il caso fanno sì che i loro punteggi successivi tendano ad avvicinarsi alla media. I gruppi di controllo aiutano a separare questo fenomeno dagli effetti del trattamento.

Risposta

C · La regressione verso la media
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,87

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 = 242/6 = 40,33

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−11,33)² + 13,67² + 9,667² + (−19,33)² + 18,67² + (−11,33)² = 1259

Deviazione standard

s = √(1259/5) = 15,87

Risposta

s = 15,87
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,02275

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 = −2

Tavola della normale standard

Φ(−2) = 0,02275
P = 0,02275

Risposta

P = 0,02275
5.Probabilità

Risposta: P = 0,2667

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 = 8/15 · 7/14 = 56/210 = 0,2667

Risposta

P = 0,2667
6.Probabilità

Risposta: P = 0,3601

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 = 1) = 5·0,31·0,74 = 5·0,3·0,2401 = 0,3601

Risposta

P = 0,3601
7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,64

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 + 0,8990)/2 = 0,9495

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9495 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,64

Risposta

z = 1,64
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 434,2 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) = 0,05 → z = −1,645

Ritorno a x

x = 500 + −1,645·40 = 434,2 h

Risposta

x = 434,2 h
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 4,52 mmHg

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.

Valore critico

df = 10, t = 1,812

Margine di errore

E = 1,812·1,5/√11 = 0,8195

Intervallo

3,7 ± 0,8195 → [2,88, 4,52]

Risposta

limite superiore = 4,52 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: σ = 13,57 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 = 20·9,4² = 1767

Limiti per σ²

1767/34,17 = 51,72
1767/9,591 = 184,3

Limite per σ

σ = √184,3 = 13,57 µm

Risposta

σ = 13,57 µm

Intervallo al 95% per σ: [7,192, 13,57] µm.

11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −1,793

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 = (14·8,5² + 5·9,5²)/19 = 76,99
sp = 8,774

Errore standard

SE = 8,774·√(1/15 + 1/6) = 4,238

Statistica test

t = (99 − 106,6)/4,238 = −1,793

Risposta

t = −1,793

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

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 209

Dimensione del campione per un test: per rilevare uno spostamento reale δ con potenza 1 − β in un test z unilaterale al livello α, l’errore standard deve soddisfare δ = (z_α + z_β)·σ/√n, quindi n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², arrotondato per eccesso.

Ricava n

n = ((2,326 + 1,282)·4/1)² = 208,3

Arrotonda per eccesso

n = 209

Risposta

n = 209
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9973

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 = 10299 − 120·413/5 = 387
Sxx = 2970 − 120²/5 = 90
Syy = 35787 − 413²/5 = 1673

Coefficiente di correlazione

r = 387/√(90·1673) = 0,9973

Risposta

r = 0,9973
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 2,985

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 = 30/5 = 6
ȳ = 84/5 = 16,8

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 130

Retta di regressione

b = 130/40 = 3,25
a = 16,8 − 3,25·6 = −2,7
ŷ = −2,7 + 3,25·x

Risolvi per x

x = (7 − (−2,7))/3,25 = 2,985

Risposta

x = 2,985
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 13,3

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: 60·117/180 = 39, 60·63/180 = 21
placebo: 120·117/180 = 78, 120·63/180 = 42

Statistica chi quadrato

χ² = (50 − 39)²/39 + (10 − 21)²/21 + (67 − 78)²/78 + (53 − 42)²/42
χ² = 13,3

Risposta

χ² = 13,3

gl = 1. Con α = 0,05 il valore critico è 3,841, 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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