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

La validità interna si riferisce a:

  1. ASe i risultati si generalizzano oltre lo studio ad altre popolazioni, contesti e momenti
  2. BSe i partecipanti hanno trovato lo studio interessante
  3. CSe l'effetto osservato è stato davvero causato dalla VI e non da altri fattori
  4. DSe un test dà gli stessi risultati nel tempo
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

In una regressione multipla che predice i voti d'esame dalle ore di studio e dal sonno, R² = 0,36. Che cosa significa?

  1. ALa correlazione tra i predittori è 0,36
  2. BIl 36% degli studenti ha superato l'esame
  3. CI predittori insieme spiegano il 36% della varianza dei voti d'esame
  4. DLe ore di studio causano il 36% del successo all'esame
3.Statistica descrittivaMedia
15202530354045

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 49, 24, 11, 46, 30.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 10. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 45?

μ = 60σ = 10x = 45
P =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 7blu: 8

Un sacchetto contiene 7 palline rosse e 8 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

7 / 8
P =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)00,3510,3520,3μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 10X + 10. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3Y = 10X + 10
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,6808

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,6808. Trova z con due decimali.

A = 0,6808
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
157164171178185192199cmin basso 25%

I valori di le altezze degli uomini adulti sono distribuiti normalmente con media 178 cm e deviazione standard 7 cm. Trascina la soglia in modo che il 25% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 178 cmσ = 7 cm25%
x = cm
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 7, sd​ = 6,90LU = ?d̄ = −8,3E95%

La pressione arteriosa di 7 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media −8,3 e deviazione standard 6,9. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 95% per la differenza media.

n = 7d̄ = −8,3sd = 6,995%t(6) = 2,447
limite superiore = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0495%

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 0,04?

p = 0,5E = 0,0495%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,01102,011

Un campione di 49 studenti ha un punteggio medio di 118,7 e una deviazione standard campionaria di 5. Trova la statistica test t per H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 118,7s = 5n = 49
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
−1,961,96z = ?

In una sperimentazione, 100 pazienti su 250 con il trattamento A guariscono, e 83 su 250 con il trattamento B. Usando la proporzione combinata, trova la statistica test z per H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 100n₁ = 250x₂ = 83n₂ = 250
z =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy128224325421521620xy2462025

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 6Σx = 21Σy = 139Σx² = 91Σy² = 3267Σxy = 460
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy127223324422520xy242025x = 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. Si effettua una nuova osservazione (1,5, 29). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(1,5, 29)
e =
15.Test chi quadratoMedia
miglioratinon miglioratiTotalenuovo farmaco83240placebo285280Totale3684120

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

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 3 righe e 5 colonne (totali esclusi). Quanti gradi di libertà df ha il test?

3 × 5
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Se l'effetto osservato è stato davvero causato dalla VI e non da altri fattori

Perché è questa la risposta

Un'elevata validità interna significa che le spiegazioni alternative, come fattori confondenti, caratteristiche della richiesta o distorsione dello sperimentatore, sono state escluse. La validità esterna riguarda la generalizzazione.

Risposta

C · Se l'effetto osservato è stato davvero causato dalla VI e non da altri fattori
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · I predittori insieme spiegano il 36% della varianza dei voti d'esame

Perché è questa la risposta

R² indica quanta parte della variabilità dell'esito è spiegata da tutti i predittori insieme. Non stabilisce un rapporto causale.

Risposta

C · I predittori insieme spiegano il 36% della varianza dei voti d'esame
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,76

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 = 160/5 = 32

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 17² + (−8)² + (−21)² + 14² + (−2)² = 994

Deviazione standard

s = √(994/4) = 15,76

Risposta

s = 15,76
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) = 0,06681
P = 0,06681

Risposta

P = 0,06681
5.Probabilità

Risposta: P = 0,2

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 = 7/15 · 6/14 = 42/210 = 0,2

Risposta

P = 0,2
6.Probabilità

Risposta: σY = 8,047

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 = 0,95, Var(X) = 0,6475, σX = 0,8047

Trasformazione lineare

σY = |10|·0,8047 = 8,047

Risposta

σY = 8,047

La media invece si sposta: E(Y) = 10·0,95 + 10 = 19,5.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = −0,47

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 − 0,6808 = 0,3192

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,3192 dentro la tabella e leggi z.

z = −0,47

Risposta

z = −0,47
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 173,3 cm

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) = 0,25

z dalla tabella

z ≈ −0,67

Di nuovo nelle unità originali

x = 178 − 0,67·7 = 173,3 cm

Risposta

x = 173,3 cm
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = −1,918 mmHg

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.

Valore critico

df = 6, t = 2,447

Margine di errore

E = 2,447·6,9/√7 = 6,382

Intervallo

−8,3 ± 6,382 → [−14,68, −1,918]

Risposta

limite superiore = −1,918 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 601

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 = 1,96²·0,5·0,5/0,04² = 600,2

Arrotonda per eccesso

n = 601

Risposta

n = 601
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −1,82

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 = 5/√49 = 5/7 = 0,7143

Statistica test

t = (118,7 − 120)/0,7143 = −1,82

Risposta

t = −1,82
t0,025; df = 48 = 2,011

|t| < 2.011, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = 1,578

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 = 100/250 = 0,4
p̂₂ = 83/250 = 0,332
p̂ = 183/500 = 0,366

Errore standard sotto H₀

SE = √(0,366·0,634·(1/250 + 1/250)) = 0,04309

Statistica test

z = (0,4 − 0,332)/0,04309 = 1,578

Risposta

z = 1,578

|z| < 1.96, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = −0,9257

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 = 460 − 21·139/6 = −26,5
Sxx = 91 − 21²/6 = 17,5
Syy = 3267 − 139²/6 = 46,83

Coefficiente di correlazione

r = −26,5/√(17,5·46,83) = −0,9257

Risposta

r = −0,9257
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 3,55

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 = 116/5 = 23,2

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −15

Retta di regressione

b = −15/10 = −1,5
a = 23,2 − (−1,5)·3 = 27,7
ŷ = 27,7 − 1,5·x

Valore previsto

ŷ = 27,7 + (−1,5)·1,5 = 25,45

Residuo

e = 29 − 25,45 = 3,55

Risposta

e = 3,55

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 2,857

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: 40·36/120 = 12, 40·84/120 = 28
placebo: 80·36/120 = 24, 80·84/120 = 56

Statistica chi quadrato

χ² = (8 − 12)²/12 + (32 − 28)²/28 + (28 − 24)²/24 + (52 − 56)²/56
χ² = 2,857

Risposta

χ² = 2,857

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 8

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 = (3 − 1)·(5 − 1) = 8

Risposta

df = 8

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