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

Perché in un'osservazione le categorie di comportamento vengono operazionalizzate prima della raccolta dei dati?

  1. APerché i partecipanti sappiano esattamente che cosa viene registrato
  2. BPerché l'ipotesi si possa modificare dopo aver visto i dati
  3. CPerché gli osservatori registrino gli stessi comportamenti in modo coerente, migliorando l'attendibilità
  4. DPerché l'osservazione diventi un esperimento
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un'ANOVA fattoriale 2 × 3 mostra che un farmaco migliora la memoria nei giovani adulti ma non negli anziani. Che cosa è stato trovato?

  1. ASolo un effetto principale dell'età
  2. BUn errore di I tipo
  3. CUn effetto pavimento
  4. DUn'interazione tra farmaco ed età
3.Statistica descrittivaMedia
152025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 59, 48, 15, 44, 13, 32, 53.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 100. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 420?

μ = 500σ = 100x = 420
P =
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 = 10, p = 0,1: P(X = 2) = ?k012345678910

Un test ha 10 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,1, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 2 risposte corrette?

n = 10p = 0,1k = 2
P =
7.Distribuzione normaleMedia
320 g323,4 gT = X₁ + … + X₈?

Le masse di bulloni sono indipendenti e normali con media 40 g e deviazione standard 1,2 g. Trova la probabilità P che la massa totale di 8 di essi superi 323,4 g. Arrotonda z a due decimali.

μ = 40 gσ = 1,2 gn = 8> 323,4 g
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
380420460500540580620hin basso 60%

I valori di le durate delle batterie sono distribuiti normalmente con media 500 h e deviazione standard 40 h. Trascina la soglia in modo che il 60% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 500 hσ = 40 h60%
x = h
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 12, s = 10LU = ?x̄ = 93,5E99%

Un campione di 12 elementi ha media 93,5 e deviazione standard s = 10. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 99 % per la media.

n = 12x̄ = 93,5s = 1099%t(11) = 3,106
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 25, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 590%

La deviazione standard della popolazione è 25. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 90 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 5?

σ = 25E = 590%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
2,1p = ?

Si afferma che la media di una popolazione sia 80; la deviazione standard della popolazione è nota e vale 5. Un campione casuale di 25 osservazioni ha media 82,1. Verifica H₀: μ = 80 contro H₁: μ > 80. Trova il p-value p.

μ₀ = 80σ = 5n = 25x̄ = 82,1H₁: μ > μ₀
p =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
−1,961,96z = ?

In una sperimentazione, 12 pazienti su 80 con il trattamento A guariscono, e 56 su 200 con il trattamento B. Usando la proporzione combinata, trova la statistica test z per H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 12n₁ = 80x₂ = 56n₂ = 200
z =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy16631871207422842410326100xy20256080100

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 6Σx = 126Σy = 495Σx² = 2716Σy² = 42151Σxy = 10686
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy350456564670776xy46506070x = 4,5

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (4,5, 56). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(4,5, 56)
e =
15.Test chi quadratoMedia
tossenessuna tosseTotalefumatori7050120non fumatori3882120Totale108132240

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 = 2402 × 2
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
promossobocciatoTotalestabilimento A192140stabilimento B7525100stabilimento C71980Totale16555220dfα = 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 = 2203 × 2α = 0,01
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Perché gli osservatori registrino gli stessi comportamenti in modo coerente, migliorando l'attendibilità

Perché è questa la risposta

Categorie chiare e osservabili (per esempio «colpisce a mano aperta») riducono il giudizio soggettivo e aumentano l'attendibilità tra osservatori.

Risposta

C · Perché gli osservatori registrino gli stessi comportamenti in modo coerente, migliorando l'attendibilità
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Un'interazione tra farmaco ed età

Perché è questa la risposta

Si ha un'interazione quando l'effetto di un fattore varia tra i livelli di un altro. Qui l'effetto del farmaco dipende dalla fascia d'età.

Risposta

D · Un'interazione tra farmaco ed età
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 18,22

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 = 264/7 = 37,71

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 21,29² + 10,29² + (−22,71)² + 6,286² + (−24,71)² + (−5,714)² + 15,29² = 1991

Deviazione standard

s = √(1991/6) = 18,22

Risposta

s = 18,22
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,2119

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 = −0,8

Tavola della normale standard

Φ(−0,8) = 0,2119
P = 0,2119

Risposta

P = 0,2119
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 = 0,1937

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 = 2) = 45·0,12·0,98 = 45·0,01·0,4305 = 0,1937

Risposta

P = 0,1937
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,1587

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 del totale

μT = 320 g, σT = 1,2·√8 = 3,394 g

Standardizza

z = (323,4 − 320)/3,394 = 1

Probabilità

P = 1 − Φ(1) = 0,1587

Risposta

P = 0,1587
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 510 h

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

Φ(z) = 0,6

z dalla tabella

z ≈ 0,25

Di nuovo nelle unità originali

x = 500 + 0,25·40 = 510 h

Risposta

x = 510 h
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 102,5

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 = 11, t = 3,106

Margine di errore

E = 3,106·10/√12 = 8,966

Intervallo

93,5 ± 8,966 → [84,53, 102,5]

Risposta

limite superiore = 102,5
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 68

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 = (1,645·25/5)² = 67,65

Arrotonda per eccesso

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

n = 68

Risposta

n = 68
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: p = 0,01786

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 = 5/√25 = 1
z = (82,1 − 80)/1 = 2,1

Area della coda

Φ(2,1) = 0,9821
1 − Φ(2,1) = 0,0179

p-value

p = 0,01786

Risposta

p = 0,01786

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

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = −2,292

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.

Proporzioni campionarie

p̂₁ = 12/80 = 0,15
p̂₂ = 56/200 = 0,28
p̂ = 68/280 = 0,2429

Errore standard sotto H₀

SE = √(0,2429·0,7571·(1/80 + 1/200)) = 0,05673

Statistica test

z = (0,15 − 0,28)/0,05673 = −2,292

Risposta

z = −2,292

|z| > 1,96, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9597

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.

Somme centrate

Sxy = 10686 − 126·495/6 = 291
Sxx = 2716 − 126²/6 = 70
Syy = 42151 − 495²/6 = 1314

Coefficiente di correlazione

r = 291/√(70·1314) = 0,9597

Risposta

r = 0,9597
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = −3,9

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 = 316/5 = 63,2

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 66

Retta di regressione

b = 66/10 = 6,6
a = 63,2 − 6,6·5 = 30,2
ŷ = 30,2 + 6,6·x

Valore previsto

ŷ = 30,2 + 6,6·4,5 = 59,9

Residuo

e = 56 − 59,9 = −3,9

Risposta

e = −3,9

Il punto si trova sotto la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 17,24

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: 120·108/240 = 54, 120·132/240 = 66
non fumatori: 120·108/240 = 54, 120·132/240 = 66

Statistica chi quadrato

χ² = (70 − 54)²/54 + (50 − 66)²/66 + (38 − 54)²/54 + (82 − 66)²/66
χ² = 17,24

Risposta

χ² = 17,24

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 24,2

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.

Frequenze attese

stabilimento A: 30, 10
stabilimento B: 75, 25
stabilimento C: 60, 20

Statistica chi quadrato

χ² = (19 − 30)²/30 + (21 − 10)²/10 + (75 − 75)²/75 + (25 − 25)²/25 + (71 − 60)²/60 + (9 − 20)²/20
χ² = 24,2

Decisione

df = 2, χ²crit = 9,210
24,2 > 9,210

Risposta

χ² = 24,2

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

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