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

In un disegno a misure ripetute, gli effetti d'ordine possono essere controllati tramite:

  1. ASolo un campione più grande
  2. BIl campionamento casuale
  3. CIl bilanciamento (counterbalancing)
  4. DProcedure in singolo cieco
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Uno studio trova che l'effetto dello stress sulla malattia è più debole nelle persone con un forte sostegno sociale. Il sostegno sociale agisce come:

  1. AFattore confondente
  2. BModeratore
  3. CVariabile dipendente
  4. DMediatore
3.Statistica descrittivaMedia
303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 28, 42, 57, 37, 45, 53.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 170 e deviazione standard 12. Quale proporzione P dei valori è superiore a 177,2?

μ = 170σ = 12x = 177,2
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)100,3200,2300,25400,25μ = 24,5

Per la distribuzione mostrata, trova la deviazione standard σ di X.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,3, 0,2, 0,25, 0,25
σ =
6.ProbabilitàDifficile
n = 8, p = 0,25: P(X ≤ 1) = ?k012345678

Si collaudano 8 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,25, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?

n = 8p = 0,25
P =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,9265

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,9265. Trova z con due decimali.

A = 0,9265
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 250x = ?10%

Supponi che i pesi dei sacchetti abbiano una distribuzione normale con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trova il valore x sotto il quale si trova il 10 % dei dati (il 10° percentile).

μ = 250σ = 5P = 10%
x = g
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 25, s = 12,5L = ?Ux̄ = 60,5E95%

Un campione di 25 elementi ha media 60,5 e deviazione standard s = 12,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 95 % per la media.

n = 25x̄ = 60,5s = 12,595%t(24) = 2,064
limite inferiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
μ₁ − μ₂, t(29) = 1,6990LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

Si provano due fertilizzanti. Gruppo di parcelle 1: 19 parcelle, resa media 13,5 kg, deviazione standard 10 kg. Gruppo di parcelle 2: 12 parcelle, media 23 kg, deviazione standard 4 kg. Supponi varianze uguali (t combinato, df = n₁ + n₂ − 2). Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 90% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 19x̄₁ = 13,5s₁ = 10n₂ = 12x̄₂ = 23s₂ = 490%t(29) = 1,699
E = kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,1452,145t = ?df = 14

15 dipendenti svolgono un test di dattilografia prima e dopo un corso di formazione. Per ogni persona si registra la differenza d = dopo − prima (parole al minuto). La differenza media è 8,23 e la deviazione standard delle differenze è 11,8. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 15d̄ = 8,23sd = 11,8
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 190%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 90 % per una media abbia un margine di errore di al massimo 1? La deviazione standard è 10. Trova la dimensione minima del campione n.

σ = 10E = 190%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy246462678888109412110xy5106080100

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 6
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy156217761996211012310825126xy1520256080100120ŷ = 107

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. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 107?

n = 6ŷ = 107
x =
15.Test chi quadratoMedia
tossenessuna tosseTotalefumatori552580non fumatori172340Totale7248120

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 = 1202 × 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 4 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: C · Il bilanciamento (counterbalancing)

Perché è questa la risposta

Il bilanciamento distribuisce in modo uniforme gli effetti di pratica e di affaticamento tra le condizioni.

Risposta

C · Il bilanciamento (counterbalancing)
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Moderatore

Perché è questa la risposta

Un moderatore modifica la forza o la direzione della relazione tra due variabili. Un mediatore spiega il meccanismo attraverso cui una variabile ne influenza un'altra.

Risposta

B · Moderatore
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 10,58

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 = 262/6 = 43,67

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−15,67)² + (−1,667)² + 13,33² + (−6,667)² + 1,333² + 9,333² = 559,3

Deviazione standard

s = √(559,3/5) = 10,58

Risposta

s = 10,58
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,2743

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 = 0,6

Tavola della normale standard

Φ(0,6) = 0,7257
P = 1 − 0,7257 = 0,2743

Risposta

P = 0,2743
5.Probabilità

Risposta: σ = 11,61

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.

Media

μ = 10·0,3 + 20·0,2 + 30·0,25 + 40·0,25 = 24,5

Media dei quadrati

E(X²) = 100·0,3 + 400·0,2 + 900·0,25 + 1600·0,25 = 735

Varianza

Var(X) = 735 − 24,5² = 134,8
σ = √134,8 = 11,61

Risposta

σ = 11,61
6.Probabilità

Risposta: P = 0,3671

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) = 0,758 = 0,1001
P(X = 1) = 8·0,25·0,757 = 0,267

Sommale

P = 0,1001 + 0,267 = 0,3671

Risposta

P = 0,3671
7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,79

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 + 0,9265)/2 = 0,9633

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9633 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,79

Risposta

z = 1,79
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 243,6 g

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) = 0,1 → z = −1,282

Ritorno a x

x = 250 + −1,282·5 = 243,59 g

Risposta

x = 243,59 g
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 55,34

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 = 24, t = 2,064

Margine di errore

E = 2,064·12,5/√25 = 5,16

Intervallo

60,5 ± 5,16 → [55,34, 65,66]

Risposta

limite inferiore = 55,34
10.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 5,171 kg

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.

Deviazione standard combinata

sp² = (18·10² + 11·4²)/29 = 68,14
sp = 8,255

Margine di errore

E = 1,699·8,255·√(1/19 + 1/12) = 5,171

Risposta

E = 5,171 kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,701

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Errore standard della differenza media

SE = 11,8/√15 = 3,047

Statistica test

t = 8,23/3,047 = 2,701

Risposta

t = 2,701

Con df = 14, il valore critico bilaterale al 5% è 2,145; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 271

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).

Ricava n

n = (1,645·10/1)² = 270,6

Arrotonda per eccesso

n = 271

Risposta

n = 271
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9808

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 = 478/6 = 79,67

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 426
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2643

Coefficiente di determinazione

r² = 426²/(70·2643) = 0,9808

Risposta

r² = 0,9808

Circa il 98,08% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 22,02

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 = 120/6 = 20
ȳ = 569/6 = 94,83

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 421

Retta di regressione

b = 421/70 = 6,014
a = 94,83 − 6,014·20 = −25,45
ŷ = −25,45 + 6,014·x

Risolvi per x

x = (107 − (−25,45))/6,014 = 22,02

Risposta

x = 22,02
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 7,656

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: 80·72/120 = 48, 80·48/120 = 32
non fumatori: 40·72/120 = 24, 40·48/120 = 16

Statistica chi quadrato

χ² = (55 − 48)²/48 + (25 − 32)²/32 + (17 − 24)²/24 + (23 − 16)²/16
χ² = 7,656

Risposta

χ² = 7,656

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 9,21

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 = 4 − 1 − 1 = 2

Tabella

χ²crit(df = 2, α = 0,01) = 9,210

Risposta

χ²crit = 9,210

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

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