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

La «crisi della replicazione» in psicologia si riferisce a:

  1. ALa copia di questionari senza permesso
  2. BMolti risultati pubblicati che non si riproducono in nuovi studi
  3. CUna carenza di partecipanti per gli esperimenti
  4. DRiviste obbligate per legge a rifiutare tutti gli studi di replicazione presentati
3.Statistica descrittivaMedia
404142434445464748

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 47, 46, 40, 48, 46.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 5. Trova il punteggio z z di un voto pari a 66,25.

μ = 60σ = 5x = 66,25
z =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 8blu: 9

Un sacchetto contiene 8 palline rosse e 9 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

8 / 9
P =
6.ProbabilitàDifficile
n = 9, p = 0,6: P(X ≤ 1) = ?k0123456789

Si collaudano 9 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,6, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?

n = 9p = 0,6
P =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,8980

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,8980. Trova z con due decimali.

A = 0,8980
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
35455565758595puntiin alto 90%

I valori di i voti di un esame sono distribuiti normalmente con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Trascina la soglia in modo che il 90% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.

μ = 65 puntiσ = 10 punti90%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
x̄E₁ = 1,795%, n = 36x̄E₂ = ?95%, n = 72

Un intervallo di confidenza al 95% per una media, basato su 36 osservazioni e σ nota, ha un margine di errore di 1,7. Qual è il margine di errore E₂ se lo stesso studio usa invece 72 osservazioni?

95%n₁ = 36E₁ = 1,7n₂ = 72
E₂ =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 399%

La deviazione standard della popolazione è 20. 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 3?

σ = 20E = 399%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,9901,99

Un campione di 81 studenti ha un punteggio medio di 52,58 e una deviazione standard campionaria di 8. Trova la statistica test t per H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 52,58s = 8n = 81
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 15, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 390%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 90 % per una media abbia un margine di errore di al massimo 3? La deviazione standard è 15. Trova la dimensione minima del campione n.

σ = 15E = 390%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy356464562676772878xy468607080

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 6Σx = 33Σy = 408Σx² = 199Σy² = 28120Σxy = 2318
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy294106188201027xy5101020x = 5

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (5, 20). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(5, 20)
e =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno264153120turno di notte34192780Totale606080200

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 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento confronta le frequenze osservate in 6 categorie con proporzioni attese completamente specificate (nessun parametro è stimato dai dati). Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 6
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · 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

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

Risposta: B · Molti risultati pubblicati che non si riproducono in nuovi studi

Perché è questa la risposta

Grandi progetti di replicazione hanno trovato molti effetti più piccoli o assenti, in relazione al bias di pubblicazione, ai campioni piccoli e alle analisi flessibili. La preregistrazione è una delle risposte.

Risposta

B · Molti risultati pubblicati che non si riproducono in nuovi studi
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 3,13

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 = 227/5 = 45,4

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 1,6² + 0,6² + (−5,4)² + 2,6² + 0,6² = 39,2

Deviazione standard

s = √(39,2/4) = 3,13

Risposta

s = 3,13
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 1,25

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 = (66,25 − 60)/5 = 1,25

Risposta

z = 1,25
5.Probabilità

Risposta: P = 0,2059

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 = 8/17 · 7/16 = 56/272 = 0,2059

Risposta

P = 0,2059
6.Probabilità

Risposta: P = 0,003801

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) = 0,49 = 0,0002621
P(X = 1) = 9·0,6·0,48 = 0,003539

Sommale

P = 0,0002621 + 0,003539 = 0,003801

Risposta

P = 0,003801
7.Distribuzione normale

Risposta: z = −1,27

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 − 0,8980 = 0,1020

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,1020 dentro la tabella e leggi z.

z = −1,27

Risposta

z = −1,27
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 52,2 punti

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) = 0,1

z dalla tabella

z ≈ −1,28

Di nuovo nelle unità originali

x = 65 − 1,28·10 = 52,2 punti

Risposta

x = 52,2 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E₂ = 1,202

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 = (1,96/1,96)·√(36/72) = 0,7071

Nuovo margine

E₂ = 1,7·0,7071 = 1,202

Risposta

E₂ = 1,202
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 295

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 = (2,576·20/3)² = 294,9

Arrotonda per eccesso

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

n = 295

Risposta

n = 295
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,902

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/√81 = 8/9 = 0,8889

Statistica test

t = (52,58 − 50)/0,8889 = 2,902

Risposta

t = 2,902
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| > 1,99, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 68

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 = (1,645·15/3)² = 67,65

Arrotonda per eccesso

n = 68

Risposta

n = 68
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9123

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 = 2318 − 33·408/6 = 74
Sxx = 199 − 33²/6 = 17,5
Syy = 28120 − 408²/6 = 376

Coefficiente di correlazione

r = 74/√(17,5·376) = 0,9123

Risposta

r = 0,9123
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 5,5

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 = 30/5 = 6
ȳ = 84/5 = 16,8

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 92

Retta di regressione

b = 92/40 = 2,3
a = 16,8 − 2,3·6 = 3
ŷ = 3 + 2,3·x

Valore previsto

ŷ = 3 + 2,3·5 = 14,5

Residuo

e = 20 − 14,5 = 5,5

Risposta

e = 5,5

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 9,983

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

turno di giorno: 120·60/200 = 36, 120·60/200 = 36, 120·80/200 = 48
turno di notte: 80·60/200 = 24, 80·60/200 = 24, 80·80/200 = 32

Statistica chi quadrato

χ² = (26 − 36)²/36 + (41 − 36)²/36 + (53 − 48)²/48 + (34 − 24)²/24 + (19 − 24)²/24 + (27 − 32)²/32
χ² = 9,983

Risposta

χ² = 9,983

gl = 2. Con α = 0,05 il valore critico è 5,991, quindi H₀ (indipendenza) viene rifiutata.

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 5

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 = 6 − 1 = 5

Risposta

df = 5

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