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 nuovo questionario sulla depressione predice quali studenti cercheranno un trattamento nel corso dell'anno successivo. Ciò sostiene quale tipo di validità?

  1. AValidità di contenuto
  2. BValidità concorrente
  3. CValidità di facciata
  4. DValidità predittiva
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore trova che le vendite di gelato e le morti per annegamento sono correlate positivamente. Quale spiegazione è più plausibile?

  1. AGli annegamenti aumentano le vendite di gelato
  2. BLa correlazione deve essere un errore di calcolo
  3. CIl caldo aumenta sia le vendite di gelato sia il nuoto
  4. DIl gelato causa l'annegamento
3.Statistica descrittivaMedia
2025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 45, 43, 31, 37, 56, 17.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 15. Quale proporzione P dei valori è superiore a 100?

μ = 70σ = 15x = 100
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,2520,1540,360,3μ = 3,3

Per la distribuzione mostrata, trova la varianza Var(X) di X.

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,25, 0,15, 0,3, 0,3
Var(X) =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)100,25200,1300,35400,3μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 3X − 3. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,25, 0,1, 0,35, 0,3Y = 3X − 3
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,2358

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,2358. Trova z con due decimali.

A = 0,2358
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 65x = ?80%

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 80 % dei dati (il 80° percentile).

μ = 65σ = 10P = 80%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 11, s = 2LUx̄ = 63E = ?95%

Un campione di 11 elementi ha media 63 e deviazione standard s = 2. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il margine di errore E di un intervallo di confidenza al 95 % per la media.

n = 11x̄ = 63s = 295%t(10) = 2,228
E =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0395%

Non si sa nulla in anticipo sulla proporzione di prodotti difettosi. Quanti prodotti n si devono ispezionare perché un intervallo di confidenza al 95% per la proporzione abbia un margine di errore di al massimo 0,03?

p = 0,5E = 0,0395%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,0302,03

Un campione di 36 studenti ha un punteggio medio di 121,2 e una deviazione standard campionaria di 10. Trova la statistica test t per H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 121,2s = 10n = 36
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −2,57602,576

Un campione di 100 misure ha media 74. La deviazione standard della popolazione è 20. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 99 % per la media.

x̄ = 74σ = 20n = 10099%
L =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy125218317416515xy24152025

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 5
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy123225322422520xy24202224x = 1,5

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Prevedi ŷ per x = 1,5.

n = 5x = 1,5
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
miglioratinon miglioratiTotalenuovo farmaco4951100placebo392160Totale8872160

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 = 1602 × 2
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
sìnoTotaleetà 18–30164460età 31–503565100età 51+93140Totale60140200dfα = 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 = 2003 × 2α = 0,01
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Validità predittiva

Perché è questa la risposta

La validità predittiva si dimostra quando i punteggi predicono un criterio successivo. La validità concorrente usa un criterio misurato nello stesso momento.

Risposta

D · Validità predittiva
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Il caldo aumenta sia le vendite di gelato sia il nuoto

Perché è questa la risposta

Una terza variabile, la temperatura, causa entrambe. Questo esempio mostra perché la sola correlazione non può dimostrare la causalità.

Risposta

C · Il caldo aumenta sia le vendite di gelato sia il nuoto
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 13,33

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 = 229/6 = 38,17

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 6,833² + 4,833² + (−7,167)² + (−1,167)² + 17,83² + (−21,17)² = 888,8

Deviazione standard

s = √(888,8/5) = 13,33

Risposta

s = 13,33
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) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275

Risposta

P = 0,02275
5.Probabilità

Risposta: Var(X) = 5,31

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 = 0·0,25 + 2·0,15 + 4·0,3 + 6·0,3 = 3,3

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,25 + 4·0,15 + 16·0,3 + 36·0,3 = 16,2

Varianza

Var(X) = 16,2 − 3,3² = 5,31

Risposta

Var(X) = 5,31
6.Probabilità

Risposta: σY = 34,34

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.

Dispersione di X

μ = 27, Var(X) = 131, σX = 11,45

Trasformazione lineare

σY = |3|·11,45 = 34,34

Risposta

σY = 34,34

La media invece si sposta: E(Y) = 3·27 − 3 = 78.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 0,3

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 + 0,2358)/2 = 0,6179

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,6179 dentro la tabella e leggi z.

z = 0,30

Risposta

z = 0,30
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 73,42 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 = 65 + 0,8416·10 = 73,42 punti

Risposta

x = 73,42 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 1,344

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 = 10, t = 2,228

Margine di errore

E = 2,228·2/√11 = 1,344

Risposta

E = 1,344
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 1068

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Ricava n

n = 1,96²·0,5·0,5/0,03² = 1067

Arrotonda per eccesso

n = 1068

Risposta

n = 1068
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 0,72

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 = 10/√36 = 10/6 = 1,667

Statistica test

t = (121,2 − 120)/1,667 = 0,72

Risposta

t = 0,72
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| < 2.03, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 68,85

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 = 2,576·20/√100 = 5,152

Limite dell'intervallo

L = 74 − 5,152 = 68,85

Risposta

L = 68,85
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,7707

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 = 15/5 = 3
ȳ = 91/5 = 18,2

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −22
Syy = Σ(y − ȳ)² = 62,8

Coefficiente di determinazione

r² = −22²/(10·62,8) = 0,7707

Risposta

r² = 0,7707

Circa il 77,07% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 23,75

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 = 15/5 = 3
ȳ = 112/5 = 22,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −9

Retta di regressione

b = −9/10 = −0,9
a = 22,4 − (−0,9)·3 = 25,1
ŷ = 25,1 − 0,9·x

Previsione

ŷ = 25,1 + (−0,9)·1,5 = 23,75

Risposta

ŷ = 23,75
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 3,879

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: 100·88/160 = 55, 100·72/160 = 45
placebo: 60·88/160 = 33, 60·72/160 = 27

Statistica chi quadrato

χ² = (49 − 55)²/55 + (51 − 45)²/45 + (39 − 33)²/33 + (21 − 27)²/27
χ² = 3,879

Risposta

χ² = 3,879

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 2,579

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: 18, 42
età 31–50: 30, 70
età 51+: 12, 28

Statistica chi quadrato

χ² = (16 − 18)²/18 + (44 − 42)²/42 + (35 − 30)²/30 + (65 − 70)²/70 + (9 − 12)²/12 + (31 − 28)²/28
χ² = 2,579

Decisione

df = 2, χ²crit = 9,210
2,579 < 9,210

Risposta

χ² = 2,579

χ² è sotto il valore critico, quindi H₀ non viene rifiutata: non c’è evidenza significativa di un’associazione.

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