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

Un ricercatore esegue 20 analisi su un insieme di dati e riporta solo quella con p < 0,05. Questa pratica si chiama:

  1. ATriangolazione
  2. BP-hacking
  3. CPreregistrazione
  4. DBilanciamento
3.Statistica descrittivaMedia
20253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 18, 52, 53, 24, 37.

n = 5
s =
4.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 75. Quale proporzione P dei valori è superiore a 612,5?

μ = 500σ = 75x = 612,5
P =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 3blu: 9

Un sacchetto contiene 3 palline rosse e 9 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

3 / 9
P =
6.ProbabilitàDifficile
n = 11, p = 0,5: P(X ≤ 1) = ?k01234567891011

Si collaudano 11 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,5, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?

n = 11p = 0,5
P =
7.Distribuzione normaleMedia
100,75112P = ?

Supponi che i punteggi del QI abbiano una distribuzione normale con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Quale frazione è compresa tra 100,75 e 112 punti? Dai P come numero decimale.

μ = 100σ = 15x1 = 100,75x2 = 112
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
10 cm0X − Y?

Le altezze X degli uomini e Y delle donne di un gruppo sono indipendenti e normali: X ha media 180 cm e deviazione standard 10 cm, Y ha media 170 cm e deviazione standard 12 cm. Trova la probabilità P che X sia maggiore di Y. Arrotonda z a due decimali.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
x̄E₁ = 7,590%, n = 25x̄E₂ = ?95%, n = 50

Un intervallo di confidenza al 90% per una media, basato su 25 osservazioni e σ nota, ha un margine di errore di 7,5. Qual è il margine di errore E₂ di un intervallo al 95% basato su 50 osservazioni?

90%n₁ = 25E₁ = 7,595%n₂ = 50
E₂ =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 22, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 599%

La deviazione standard della popolazione è 22. 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 5?

σ = 22E = 599%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,98401,984

Un campione di 100 studenti ha un punteggio medio di 502,3 e una deviazione standard campionaria di 8. Trova la statistica test t per H₀: μ = 500.

μ₀ = 500x̄ = 502,3s = 8n = 100
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 100 misure ha media 78. La deviazione standard della popolazione è 15. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 78σ = 15n = 10090%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy142250351458556661xy2465060

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy187720982296241172612428132xy202580100120x = 23

La tabella riporta 6 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 (23, 109). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 6(23, 109)
e =
15.Test chi quadratoMedia
tossenessuna tosseTotalefumatori7228100non fumatori3862100Totale11090200

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 × 2
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento verifica se le frequenze in 7 categorie seguono una distribuzione di Poisson la cui media è stimata dagli stessi dati. Usando la tabella, trova il valore critico χ²crit al livello di significatività α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · 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

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

Risposta: B · P-hacking

Perché è questa la risposta

Il p-hacking sfrutta la flessibilità dell'analisi per ottenere la significatività, portando il tasso di falsi positivi ben al di sopra del 5%. La preregistrazione e la trasparenza nei resoconti lo riducono.

Risposta

B · P-hacking
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,9

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 = 184/5 = 36,8

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−18,8)² + 15,2² + 16,2² + (−12,8)² + 0,2² = 1011

Deviazione standard

s = √(1011/4) = 15,9

Risposta

s = 15,9
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,06681

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 = 1,5

Tavola della normale standard

Φ(1,5) = 0,9332
P = 1 − 0,9332 = 0,06681

Risposta

P = 0,06681
5.Probabilità

Risposta: P = 0,04545

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 = 3/12 · 2/11 = 6/132 = 0,04545

Risposta

P = 0,04545
6.Probabilità

Risposta: P = 0,005859

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.

Zero e un guasto

P(X = 0) = 0,511 = 0,0004883
P(X = 1) = 11·0,5·0,510 = 0,005371

Sommale

P = 0,0004883 + 0,005371 = 0,005859

Risposta

P = 0,005859
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,2682

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 = (100,75 − 100)/15 = 0,05
z₂ = (112 − 100)/15 = 0,8

Area compresa

P = Φ(0,8) − Φ(0,05) = 0,7881 − 0,5199 = 0,2682

Risposta

P = 0,2682
8.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Standardizza

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilità

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Risposta

P = 0,7389
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E₂ = 6,319

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Rapporto dei margini

E₂/E₁ = (1,96/1,645)·√(25/50) = 0,8425

Nuovo margine

E₂ = 7,5·0,8425 = 6,319

Risposta

E₂ = 6,319
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 129

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 = (2,576·22/5)² = 128,5

Arrotonda per eccesso

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

n = 129

Risposta

n = 129
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,875

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 = 8/√100 = 8/10 = 0,8

Statistica test

t = (502,3 − 500)/0,8 = 2,875

Risposta

t = 2,875
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| > 1,984, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 80,47

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 = 1,645·15/√100 = 2,468

Limite dell'intervallo

U = 78 + 2,468 = 80,47

Risposta

U = 80,47
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9416

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 = 318/6 = 53

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 60
Syy = Σ(y − ȳ)² = 232

Coefficiente di correlazione

r = 60/√(17,5·232) = 0,9416

Risposta

r = 0,9416
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 1,667

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 = 138/6 = 23
ȳ = 644/6 = 107,3

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 374

Retta di regressione

b = 374/70 = 5,343
a = 107,3 − 5,343·23 = −15,55
ŷ = −15,55 + 5,343·x

Valore previsto

ŷ = −15,55 + 5,343·23 = 107,3

Residuo

e = 109 − 107,3 = 1,667

Risposta

e = 1,667

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 23,35

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

fumatori: 100·110/200 = 55, 100·90/200 = 45
non fumatori: 100·110/200 = 55, 100·90/200 = 45

Statistica chi quadrato

χ² = (72 − 55)²/55 + (28 − 45)²/45 + (38 − 55)²/55 + (62 − 45)²/45
χ² = 23,35

Risposta

χ² = 23,35

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 15,09

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 = 7 − 1 − 1 = 5

Tabella

χ²crit(df = 5, α = 0,01) = 15,086

Risposta

χ²crit = 15,086

Rifiuta H₀ se il χ² calcolato è maggiore di questo valore.

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