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

Quale statistica è appropriata per la relazione tra due serie di ranghi, come le graduatorie di quadri stilate da giudici?

  1. ARho di Spearman
  2. Br di Pearson
  3. CChi-quadrato
  4. DTest t per campioni indipendenti
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Una scala self-report rileva che le persone che concordano con molte affermazioni ottengono punteggi alti indipendentemente dal contenuto. Di quale distorsione di risposta si tratta, e come si può ridurre?

  1. ADesiderabilità sociale; usare un campione più grande
  2. BCaratteristiche della richiesta; usare un disegno in doppio cieco
  3. CAcquiescenza; includere item formulati al contrario
  4. DEffetti d'ordine; bilanciare i partecipanti
3.Statistica descrittivaMedia
152025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 42, 13, 39, 27, 52, 59.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 12. Trova il punteggio z z di un voto pari a 65.

μ = 50σ = 12x = 65
z =
5.ProbabilitàMedia
P(almeno un sei) = ??1?2P(sei) = 1/6 a ogni lancio

Si lancia un dado equo 2 volte. Qual è la probabilità P di ottenere almeno un sei?

n = 2
P =
6.ProbabilitàDifficile
n = 12, p = 0,2: P(X = 5) = ?k0123456789101112

Un test ha 12 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,2, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 5 risposte corrette?

n = 12p = 0,2k = 5
P =
7.Distribuzione normaleMedia
32 min28,3 minX + Y?

X è normale con media 12 min e deviazione standard 1,5 min; Y è indipendente e normale con media 20 min e deviazione standard 2 min. Trova la probabilità P che X + Y sia maggiore di 28,3 min. Arrotonda z a due decimali.

μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 28,3 min
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 65x = ?99%

Supponi che i voti di un esame abbiano una distribuzione normale con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Trova il valore x sotto il quale si trova il 99 % dei dati (il 99° percentile).

μ = 65σ = 10P = 99%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 10, s = 19LUx̄ = 93,5E = ?90%

Un campione di 10 elementi ha media 93,5 e deviazione standard s = 19. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il margine di errore E di un intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 10x̄ = 93,5s = 1990%t(9) = 1,833
E =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 8, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,599%

La deviazione standard della popolazione è 8. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 99 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 0,5?

σ = 8E = 0,599%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,06402,064

Un campione di 25 studenti ha un punteggio medio di 48,88 e una deviazione standard campionaria di 4. Trova la statistica test t per H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 48,88s = 4n = 25
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 200 contro H₁: μ > 200 viene eseguito con α = 0,10 su un campione di 36; la deviazione standard è nota e vale 12. In realtà la media è 206. Trova la probabilità di un errore di secondo tipo β in percentuale.

μ₀ = 200μ = 206σ = 12n = 36α = 0,10
β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy141344560759975xy54060

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 5
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy14261634185120552262xy15204060x = 15

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (15, 35). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(15, 35)
e =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno223563120turno di notte2328960Totale456372180

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 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 2 righe e 3 colonne (totali esclusi). Quanti gradi di libertà df ha il test?

2 × 3
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Rho di Spearman

Perché è questa la risposta

La correlazione per ranghi di Spearman misura la forza di una relazione monotona tra due variabili ordinali o espresse in ranghi.

Risposta

A · Rho di Spearman
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Acquiescenza; includere item formulati al contrario

Perché è questa la risposta

L'acquiescenza è la tendenza a concordare con gli item. Mescolando item formulati in senso positivo e negativo, concordare con tutto non produce più un punteggio estremo.

Risposta

C · Acquiescenza; includere item formulati al contrario
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 16,72

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 = 232/6 = 38,67

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 3,333² + (−25,67)² + 0,3333² + (−11,67)² + 13,33² + 20,33² = 1397

Deviazione standard

s = √(1397/5) = 16,72

Risposta

s = 16,72
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 1,25

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 = (65 − 50)/12 = 1,25

Risposta

z = 1,25
5.Probabilità

Risposta: P = 0,3056

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.

Complementare

P(nessun sei) = (5/6)2 = 0,6944
P = 1 − 0,6944 = 0,3056

Risposta

P = 0,3056
6.Probabilità

Risposta: P = 0,05315

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 = 5) = 792·0,25·0,87 = 792·0,00032·0,2097 = 0,05315

Risposta

P = 0,05315
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,9306

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 somma

μ = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min

Standardizza

z = (28,3 − 32)/2,5 = −1,48

Coda superiore

P = 1 − Φ(−1,48) = 1 − 0,06944 = 0,9306

Risposta

P = 0,9306
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 88,26 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) = 0,99 → z = 2,326

Ritorno a x

x = 65 + 2,326·10 = 88,26 punti

Risposta

x = 88,26 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 11,01

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 = 9, t = 1,833

Margine di errore

E = 1,833·19/√10 = 11,01

Risposta

E = 11,01
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 1699

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 = (2,576·8/0,5)² = 1699

Arrotonda per eccesso

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

n = 1699

Risposta

n = 1699
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −1,4

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).

Errore standard

SE = 4/√25 = 4/5 = 0,8

Statistica test

t = (48,88 − 50)/0,8 = −1,4

Risposta

t = −1,4
t0,025; df = 24 = 2,064

|t| < 2.064, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: β = 4,29 %

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 = 200 + 1,282·2 = 202,6

z sotto la media vera

z = (202,6 − 206)/2 = −1,718

Errore di secondo tipo

potenza = P(Z > −1,718) = 95,71%
β = 100% − 95,71% = 4,29%

Risposta

β = 4,29%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9127

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 = 279/5 = 55,8

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 166
Syy = Σ(y − ȳ)² = 754,8

Coefficiente di determinazione

r² = 166²/(40·754,8) = 0,9127

Risposta

r² = 0,9127

Circa il 91,27% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 3,35

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 = 90/5 = 18
ȳ = 228/5 = 45,6

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 186

Retta di regressione

b = 186/40 = 4,65
a = 45,6 − 4,65·18 = −38,1
ŷ = −38,1 + 4,65·x

Valore previsto

ŷ = −38,1 + 4,65·15 = 31,65

Residuo

e = 35 − 31,65 = 3,35

Risposta

e = 3,35

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 23,96

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: 120·45/180 = 30, 120·63/180 = 42, 120·72/180 = 48
turno di notte: 60·45/180 = 15, 60·63/180 = 21, 60·72/180 = 24

Statistica chi quadrato

χ² = (22 − 30)²/30 + (35 − 42)²/42 + (63 − 48)²/48 + (23 − 15)²/15 + (28 − 21)²/21 + (9 − 24)²/24
χ² = 23,96

Risposta

χ² = 23,96

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 = (2 − 1)·(3 − 1) = 2

Risposta

df = 2

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