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

Gli stessi 25 partecipanti svolgono un test di memoria prima e dopo aver assunto caffeina. I punteggi sono a intervalli e approssimativamente normali. Quale test è appropriato?

  1. ATest chi-quadrato
  2. BTest t per campioni appaiati (dipendenti)
  3. CTest t per campioni indipendenti
  4. DTest U di Mann–Whitney
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. AIl 36% degli studenti ha superato l'esame
  2. BLa correlazione tra i predittori è 0,36
  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
1520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 30, 12, 40, 35, 36, 48, 52.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 75. Trova il punteggio z z di un voto pari a 575.

μ = 500σ = 75x = 575
z =
5.ProbabilitàMedia
P(almeno un sei) = ??1?2?3?4?5?6P(sei) = 1/6 a ogni lancio

Si lancia un dado equo 6 volte. Qual è la probabilità P di ottenere almeno un sei?

n = 6
P =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)10,2520,230,240,0550,3μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 3X + 4. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,25, 0,2, 0,2, 0,05, 0,3Y = 3X + 4
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
175,9188,5P = ?

Supponi che le altezze degli uomini adulti abbiano una distribuzione normale con media 178 cm e deviazione standard 7 cm. Quale frazione è compresa tra 175,9 e 188,5 cm? Dai P come numero decimale.

μ = 178σ = 7x1 = 175,9x2 = 188,5
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 500x = ?90%

Supponi che le durate delle batterie abbiano una distribuzione normale con media 500 h e deviazione standard 40 h. Trova il valore x sotto il quale si trova il 90 % dei dati (il 90° percentile).

μ = 500σ = 40P = 90%
x = h
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 9, s = 17LUx̄ = 120E = ?90%

Un campione di 9 elementi ha media 120 e deviazione standard s = 17. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il margine di errore E di un intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 9x̄ = 120s = 1790%t(8) = 1,86
E =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
μ₁ − μ₂, t(24) = 2,0640L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

Si provano due fertilizzanti. Gruppo di parcelle 1: 15 parcelle, resa media 49,5 kg, deviazione standard 8 kg. Gruppo di parcelle 2: 11 parcelle, media 40 kg, deviazione standard 6 kg. Supponi varianze uguali (t combinato, df = n₁ + n₂ − 2). Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 95% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 15x̄₁ = 49,5s₁ = 8n₂ = 11x̄₂ = 40s₂ = 695%t(24) = 2,064
limite inferiore = kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,9901,99

Un campione di 81 studenti ha un punteggio medio di 47,67 e una deviazione standard campionaria di 15. Trova la statistica test t per H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 47,67s = 15n = 81
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 100 misure ha media 196,4. La deviazione standard della popolazione è 12. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 196,4σ = 12n = 10090%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy14611771208723952612029129xy15202530100

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 = 129Σy = 563Σx² = 2931Σy² = 56397Σxy = 12847
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy126225325420517615xy246152025ŷ = 24

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 24?

n = 6ŷ = 24
x =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti4044892personale29231769Totale696725161

La tabella di contingenza riporta le frequenze osservate. Per un test chi quadrato di indipendenza, trova la frequenza attesa E per la cella “studenti, bicicletta”.

totale di riga = 92totale di colonna = 67N = 161
E =
16.Test chi quadratoDifficile

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento verifica se le frequenze in 5 categorie seguono una distribuzione di Poisson la cui media è stimata dagli stessi dati. Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 5
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Test t per campioni appaiati (dipendenti)

Perché è questa la risposta

Un test t per campioni appaiati confronta le medie degli stessi partecipanti in due condizioni, usando le differenze all'interno di ogni persona.

Risposta

B · Test t per campioni appaiati (dipendenti)
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 = 13,09

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 = 253/7 = 36,14

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−6,143)² + (−24,14)² + 3,857² + (−1,143)² + (−0,1429)² + 11,86² + 15,86² = 1029

Deviazione standard

s = √(1029/6) = 13,09

Risposta

s = 13,09
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 1

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 = (575 − 500)/75 = 1

Risposta

z = 1
5.Probabilità

Risposta: P = 0,6651

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)6 = 0,3349
P = 1 − 0,3349 = 0,6651

Risposta

P = 0,6651
6.Probabilità

Risposta: σY = 4,693

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 = 2,95, Var(X) = 2,447, σX = 1,564

Trasformazione lineare

σY = |3|·1,564 = 4,693

Risposta

σY = 4,693

La media invece si sposta: E(Y) = 3·2,95 + 4 = 12,85.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,5511

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.

Punteggi z

z₁ = (175,9 − 178)/7 = −0,3
z₂ = (188,5 − 178)/7 = 1,5

Area compresa

P = Φ(1,5) − Φ(−0,3) = 0,9332 − 0,3821 = 0,5511

Risposta

P = 0,5511
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 551,3 h

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) = 0,9 → z = 1,282

Ritorno a x

x = 500 + 1,282·40 = 551,26 h

Risposta

x = 551,26 h
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 10,54

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 = 8, t = 1,86

Margine di errore

E = 1,86·17/√9 = 10,54

Risposta

E = 10,54
10.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 3,573 kg

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.

Deviazione standard combinata

sp² = (14·8² + 10·6²)/24 = 52,33
sp = 7,234

Margine di errore

E = 2,064·7,234·√(1/15 + 1/11) = 5,927

Intervallo

9,5 ± 5,927 → [3,573, 15,43]

Risposta

limite inferiore = 3,573 kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −1,398

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 = 15/√81 = 15/9 = 1,667

Statistica test

t = (47,67 − 50)/1,667 = −1,398

Risposta

t = −1,398
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| < 1.99, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 198,4

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 = 1,645·12/√100 = 1,974

Limite dell'intervallo

U = 196,4 + 1,974 = 198,4

Risposta

U = 198,4
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9904

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 = 12847 − 129·563/6 = 742,5
Sxx = 2931 − 129²/6 = 157,5
Syy = 56397 − 563²/6 = 3569

Coefficiente di correlazione

r = 742,5/√(157,5·3569) = 0,9904

Risposta

r = 0,9904
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 2,389

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 128/6 = 21,33

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −42

Retta di regressione

b = −42/17,5 = −2,4
a = 21,33 − (−2,4)·3,5 = 29,73
ŷ = 29,73 − 2,4·x

Risolvi per x

x = (24 − 29,73)/(−2,4) = 2,389

Risposta

x = 2,389
15.Test chi quadrato

Risposta: E = 38,29

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.

Frequenza attesa

E = 92·67/161 = 38,29

Risposta

E = 38,29
16.Test chi quadrato

Risposta: df = 3

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 = 5 − 1 − 1 = 3

Risposta

df = 3

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