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

L'errore standard della media diventa più piccolo quando:

  1. ALa dimensione del campione diminuisce
  2. BLa variabile è misurata a livello ordinale
  3. CLa dimensione del campione aumenta
  4. DLa media aumenta
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore misura l'effetto del rumore sulla concentrazione. I partecipanti della condizione con rumore sono stati esaminati per caso al mattino e quelli della condizione silenziosa al pomeriggio. Qual è il problema?

  1. AL'ora del giorno è la variabile dipendente
  2. BI dati sono a livello nominale
  3. CL'ora del giorno è una variabile confondente
  4. DLo studio ha troppe condizioni
3.Statistica descrittivaMedia
202530354045

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 17, 48, 30, 17, 28.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 170 e deviazione standard 5. Quale proporzione P dei valori è superiore a 162,5?

μ = 170σ = 5x = 162,5
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 = 5, p = 0,7: P(X = 2) = ?k012345

Un test ha 5 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,7, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 2 risposte corrette?

n = 5p = 0,7k = 2
P =
7.Distribuzione normaleMedia
72 kg70 kgT = X₁ + … + X₆?

Le masse di scatole sono indipendenti e normali con media 12 kg e deviazione standard 0,8 kg. Trova la probabilità P che la massa totale di 6 di essi superi 70 kg. Arrotonda z a due decimali.

μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 6> 70 kg
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
157164171178185192199cmin alto 15%

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 15% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.

μ = 178 cmσ = 7 cm15%
x = cm
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 13, s = 13,5LU = ?x̄ = 72,5E90%

Un campione di 13 elementi ha media 72,5 e deviazione standard s = 13,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 13x̄ = 72,5s = 13,590%t(12) = 1,782
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,02599%

Non si sa nulla in anticipo sulla proporzione di prodotti difettosi. Quanti prodotti n si devono ispezionare perché un intervallo di confidenza al 99% per la proporzione abbia un margine di errore di al massimo 0,025?

p = 0,5E = 0,02599%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,1792,179t = ?df = 12

13 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 −7,32 e la deviazione standard delle differenze è 11. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 13d̄ = −7,32sd = 11
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 100 contro H₁: μ < 100 viene eseguito con α = 0.01 su un campione di 64; la deviazione standard è nota e vale 8. In realtà la media è 98.2. Trova la potenza 1 − β del test in percentuale.

μ₀ = 100μ = 98,2σ = 8n = 64α = 0,01
1 − β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy15531863217324862790xy1520256080

La tabella riporta 5 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 = 5Σx = 105Σy = 365Σx² = 2295Σy² = 27603Σxy = 7956
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy1460168118822010522104xy15206080100x = 21

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (21, 106). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(21, 106)
e =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti14232360personale21263380Totale354956140

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 = 1402 × 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: C · La dimensione del campione aumenta

Perché è questa la risposta

L'errore standard stima quanto le medie campionarie variano intorno alla media della popolazione. Campioni più grandi danno stime più precise.

Risposta

C · La dimensione del campione aumenta
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · L'ora del giorno è una variabile confondente

Perché è questa la risposta

Poiché rumore e orario del test variano insieme, qualsiasi differenza potrebbe essere dovuta all'uno o all'altro. Assegnare a caso gli orari o mantenere costante l'orario eliminerebbe il fattore confondente.

Risposta

C · L'ora del giorno è una variabile confondente
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 12,71

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 = 140/5 = 28

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−11)² + 20² + 2² + (−11)² + 0² = 646

Deviazione standard

s = √(646/4) = 12,71

Risposta

s = 12,71
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,9332

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 = 1 − 0,06681 = 0,9332

Risposta

P = 0,9332
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 = 0,1323

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) = 10·0,72·0,33 = 10·0,49·0,027 = 0,1323

Risposta

P = 0,1323
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,8461

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 = 72 kg, σT = 0,8·√6 = 1,96 kg

Standardizza

z = (70 − 72)/1,96 = −1,02

Probabilità

P = 1 − Φ(−1,02) = 0,8461

Risposta

P = 0,8461
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 185,3 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) = 0,85

z dalla tabella

z ≈ 1,04

Di nuovo nelle unità originali

x = 178 + 1,04·7 = 185,3 cm

Risposta

x = 185,3 cm
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 79,17

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 = 12, t = 1,782

Margine di errore

E = 1,782·13,5/√13 = 6,672

Intervallo

72,5 ± 6,672 → [65,83, 79,17]

Risposta

limite superiore = 79,17
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 2655

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 = 2,576²·0,5·0,5/0,025² = 2654

Arrotonda per eccesso

n = 2655

Risposta

n = 2655
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −2,399

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/√13 = 3,051

Statistica test

t = −7,32/3,051 = −2,399

Risposta

t = −2,399

Con df = 12, il valore critico bilaterale al 5% è 2,179; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: 1 − β = 29,94 %

Potenza di un test: la potenza = 1 − β è la probabilità di rifiutare H₀ quando è falsa. Trova la soglia x̄c da μ₀ e z_α, poi calcola la probabilità di cadere oltre x̄c usando la media vera: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Media campionaria critica

SE = 8/√64 = 1
x̄c = 100 − 2,326·1 = 97,67

z sotto la media vera

z = (97,67 − 98,2)/1 = −0,526

Potenza

potenza = P(Z < −0.526) = 29.94%
1 − β = 29,94%

Risposta

1 − β = 29,94%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,991

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 = 7956 − 105·365/5 = 291
Sxx = 2295 − 105²/5 = 90
Syy = 27603 − 365²/5 = 958

Coefficiente di correlazione

r = 291/√(90·958) = 0,991

Risposta

r = 0,991
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 2,8

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 = 90/5 = 18
ȳ = 432/5 = 86,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 224

Retta di regressione

b = 224/40 = 5,6
a = 86,4 − 5,6·18 = −14,4
ŷ = −14,4 + 5,6·x

Valore previsto

ŷ = −14,4 + 5,6·21 = 103,2

Residuo

e = 106 − 103,2 = 2,8

Risposta

e = 2,8

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 0,5229

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

studenti: 60·35/140 = 15, 60·49/140 = 21, 60·56/140 = 24
personale: 80·35/140 = 20, 80·49/140 = 28, 80·56/140 = 32

Statistica chi quadrato

χ² = (14 − 15)²/15 + (23 − 21)²/21 + (23 − 24)²/24 + (21 − 20)²/20 + (26 − 28)²/28 + (33 − 32)²/32
χ² = 0,5229

Risposta

χ² = 0,5229

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