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 trasversale confronta nello stesso momento persone di 20, 40 e 60 anni sull'uso della tecnologia. Quale problema può confondere il confronto tra età?

  1. AGli effetti pavimento
  2. BGli effetti della pratica
  3. CGli effetti d'ordine
  4. DGli effetti di coorte
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un partecipante assume un farmaco o una pillola di zucchero ma non sa quale, mentre il ricercatore lo sa. Di quale disegno si tratta e quale distorsione resta possibile?

  1. AStudio in aperto; gli effetti placebo sono completamente controllati
  2. BCieco singolo; le caratteristiche della richiesta sono impossibili
  3. CDoppio cieco; nessuna distorsione è possibile
  4. DCieco singolo; la distorsione dello sperimentatore è ancora possibile
3.Statistica descrittivaMedia
202530354045505560

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 51, 41, 26, 60, 19, 47, 27.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 50. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 400?

μ = 500σ = 50x = 400
P =
5.ProbabilitàMedia
n = 13k = 5N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 5 persone da un gruppo di 13? L'ordine non conta.

n = 13k = 5
N =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−30,8390,15270,02

Giocare a un gioco costa 3 €. Si vincono 12 € con probabilità 0,15 e 30 € con probabilità 0,02; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €3€12: p = 0,15€30: p = 0,02
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
5573,5P = ?

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 55 e 73,5 punti? Dai P come numero decimale.

μ = 65σ = 10x1 = 55x2 = 73,5
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 100x = ?80%

Supponi che i punteggi del QI abbiano una distribuzione normale con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Trova il valore x sotto il quale si trova il 80 % dei dati (il 80° percentile).

μ = 100σ = 15P = 80%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

Si confronta la durata della batteria di due modelli di telefono. Modello 1: 30 telefoni, media 57 h, deviazione standard nota 11 h. Modello 2: 30 telefoni, media 66,5 h, deviazione standard nota 10 h. Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 99% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 30x̄₁ = 57 hσ₁ = 11 hn₂ = 30x̄₂ = 66,5 hσ₂ = 10 h99%
E = h
10.Intervalli di confidenzaDifficile
n = 25Lσ = ?s = 11,695%

I diametri di 25 alberi lavorati alla macchina hanno una deviazione standard campionaria di 11,6 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 = 24, il 2,5% della distribuzione χ² si trova sotto 12,401 e il 2,5% sopra 39,364.

n = 25s = 11,6 µmχ² = 12,401, 39,364
σ = µm
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
2,18p = ?

Si afferma che la media di una popolazione sia 80; la deviazione standard della popolazione è nota e vale 48. Un campione casuale di 144 osservazioni ha media 88,72. Verifica H₀: μ = 80 contro H₁: μ > 80. Trova il p-value p.

μ₀ = 80σ = 48n = 144x̄ = 88,72H₁: μ > μ₀
p =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −2,57602,576

Un campione di 36 misure ha media 195. La deviazione standard della popolazione è 12. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 99 % per la media.

x̄ = 195σ = 12n = 3699%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy284116208271032xy510102030

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 5
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy124218317418514613xy246152025ŷ = 14

La tabella riporta 6 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 = 14?

n = 6ŷ = 14
x =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno424221105turno di notte932849Totale517429154

La tabella di contingenza riporta le frequenze osservate. Per un test chi quadrato di indipendenza, trova la frequenza attesa E per la cella “turno di giorno, nessun difetto”.

totale di riga = 105totale di colonna = 51N = 154
E =
16.Test chi quadratoDifficile
promossobocciatoTotaleetà 18–308911100età 31–506832100età 51+382260Totale19565260dfα = 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 = 0,01 se le due variabili sono indipendenti (senza correzione di continuità). Calcola la statistica test χ², poi confrontala con il valore critico della tabella.

N = 2603 × 2α = 0,01
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Gli effetti di coorte

Perché è questa la risposta

Gruppi di età diversi sono cresciuti in condizioni storiche diverse, quindi le differenze possono riflettere la generazione (coorte) piuttosto che l'invecchiamento in sé.

Risposta

D · Gli effetti di coorte
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Cieco singolo; la distorsione dello sperimentatore è ancora possibile

Perché è questa la risposta

In un disegno in cieco singolo i partecipanti non conoscono la propria condizione, il che controlla le aspettative legate al placebo. La conoscenza del ricercatore può ancora influenzare i risultati, per cui si preferiscono i disegni in doppio cieco.

Risposta

D · Cieco singolo; la distorsione dello sperimentatore è ancora possibile
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,09

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 = 271/7 = 38,71

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 12,29² + 2,286² + (−12,71)² + 21,29² + (−19,71)² + 8,286² + (−11,71)² = 1365

Deviazione standard

s = √(1365/6) = 15,09

Risposta

s = 15,09
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: N = 1287

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(13, 5) = (13·12·11·10·9)/(5·4·3·2·1) = 1287

Risposta

N = 1287
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: 9 (p = 0,15), 27 (p = 0,02), −3 (p = 0,83)

Valore atteso

E(G) = 9·0,15 + 27·0,02 − 3·0,83 = −0,6 €

Risposta

E(G) = −0,6 €

Un valore negativo significa che in media perdi denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,6437

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 = (55 − 65)/10 = −1
z₂ = (73,5 − 65)/10 = 0,85

Area compresa

P = Φ(0,85) − Φ(−1) = 0,8023 − 0,1587 = 0,6437

Risposta

P = 0,6437
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 112,6 punti

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) = 0,8 → z = 0,8416

Ritorno a x

x = 100 + 0,8416·15 = 112,62 punti

Risposta

x = 112,62 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 6,992 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 = 57 − 66,5 = −9,5

Errore standard

SE = √(11²/30 + 10²/30) = 2,714

Margine di errore

E = 2,576·2,714 = 6,992

Risposta

E = 6,992 h

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

10.Intervalli di confidenza

Risposta: σ = 16,14 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 = 24·11,6² = 3229

Limiti per σ²

3229/39,364 = 82,04
3229/12,401 = 260,4

Limite per σ

σ = √260,4 = 16,14 µm

Risposta

σ = 16,14 µm

Intervallo al 95% per σ: [9,058, 16,14] µm.

11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: p = 0,01463

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 = 48/√144 = 4
z = (88,72 − 80)/4 = 2,18

Area della coda

Φ(2,18) = 0,9854
1 − Φ(2,18) = 0,0146

p-value

p = 0,01463

Risposta

p = 0,01463

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

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 200,2

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 = 2,576·12/√36 = 5,152

Limite dell'intervallo

U = 195 + 5,152 = 200,2

Risposta

U = 200,2
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9908

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 = 98/5 = 19,6

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 128
Syy = Σ(y − ȳ)² = 417,2

Coefficiente di correlazione

r = 128/√(40·417,2) = 0,9908

Risposta

r = 0,9908
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 5,268

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 104/6 = 17,33

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −33

Retta di regressione

b = −33/17,5 = −1,886
a = 17,33 − (−1,886)·3,5 = 23,93
ŷ = 23,93 − 1,886·x

Risolvi per x

x = (14 − 23,93)/(−1,886) = 5,268

Risposta

x = 5,268
15.Test chi quadrato

Risposta: E = 34,77

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.

Frequenza attesa

E = 105·51/154 = 34,77

Risposta

E = 34,77
16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 17,42

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

età 18–30: 75, 25
età 31–50: 75, 25
età 51+: 45, 15

Statistica chi quadrato

χ² = (89 − 75)²/75 + (11 − 25)²/25 + (68 − 75)²/75 + (32 − 25)²/25 + (38 − 45)²/45 + (22 − 15)²/15
χ² = 17,42

Decisione

df = 2, χ²crit = 9,210
17,42 > 9,210

Risposta

χ² = 17,42

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

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