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

Uno studio rileva che gli studenti che dormono di più hanno voti più alti. Quale modifica del disegno permetterebbe meglio una conclusione causale?

  1. AMisurare i voti in modo più preciso
  2. BAssegnare casualmente gli studenti a diversi orari di sonno
  3. CIntervistare più studenti
  4. DChiedere agli studenti di riferire il proprio sonno due volte e fare la media dei due resoconti
3.Statistica descrittivaMedia
15202530354045

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 23, 44, 19, 15, 47.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 100 e deviazione standard 20. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 84?

μ = 100σ = 20x = 84
P =
5.ProbabilitàMedia
n = 15k = 3N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 3 persone da un gruppo di 15? L'ordine non conta.

n = 15k = 3
N =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−30,73120,251470,02

Giocare a un gioco costa 3 €. Si vincono 15 € con probabilità 0,25 e 150 € con probabilità 0,02; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €3€15: p = 0,25€150: p = 0,02
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,0505

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,0505. Trova z con due decimali.

A = 0,0505
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 250x = ?90%

Supponi che i pesi dei sacchetti abbiano una distribuzione normale con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trova il valore x sotto il quale si trova il 90 % dei dati (il 90° percentile).

μ = 250σ = 5P = 90%
x = g
9.Intervalli di confidenzaMedia
x̄E₁ = 4,690%, n = 25x̄E₂ = ?95%, n = 100

Un intervallo di confidenza al 90% per una media, basato su 25 osservazioni e σ nota, ha un margine di errore di 4,6. Qual è il margine di errore E₂ di un intervallo al 95% basato su 100 osservazioni?

90%n₁ = 25E₁ = 4,695%n₂ = 100
E₂ =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 21, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 390%

La deviazione standard della popolazione è 21. 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 3?

σ = 21E = 390%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,0452,045t = ?df = 29

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 17 studenti, punteggio medio 70,5, deviazione standard 9. Gruppo 2: 14 studenti, punteggio medio 61,7, deviazione standard 9. Supponi varianze della popolazione uguali e usa il test t a due campioni con varianza combinata. Trova la statistica test t per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (gruppo 1 meno gruppo 2).

n₁ = 17x̄₁ = 70,5s₁ = 9n₂ = 14x̄₂ = 61,7s₂ = 9
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −2,57602,576

Un campione di 49 misure ha media 113,4. La deviazione standard della popolazione è 20. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 99 % per la media.

x̄ = 113,4σ = 20n = 4999%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy25447168289610103xy5106080100

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 5
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy1383375437449511158xy510405060x = 8

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Prevedi ŷ per x = 8.

n = 6x = 8
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno8183056turno di notte24213984Totale323969140

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

totale di riga = 84totale di colonna = 69N = 140
E =
16.Test chi quadratoDifficile
promossobocciatoTotalelinea 1204060linea 2275380linea 37327100Totale120120240dfα = 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 = 2403 × 2α = 0,01
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · 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

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

Risposta: B · Assegnare casualmente gli studenti a diversi orari di sonno

Perché è questa la risposta

Solo manipolare il sonno con assegnazione casuale controlla le terze variabili e consente un'inferenza causale, entro i limiti etici.

Risposta

B · Assegnare casualmente gli studenti a diversi orari di sonno
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 14,83

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 = 148/5 = 29,6

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−6,6)² + 14,4² + (−10,6)² + (−14,6)² + 17,4² = 879,2

Deviazione standard

s = √(879,2/4) = 14,83

Risposta

s = 14,83
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: N = 455

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.

Combinazioni

C(15, 3) = (15·14·13)/(3·2·1) = 455

Risposta

N = 455
6.Probabilità

Risposta: E(G) = 3,75 €

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.

Esiti netti

G: 12 (p = 0,25), 147 (p = 0,02), −3 (p = 0,73)

Valore atteso

E(G) = 12·0,25 + 147·0,02 − 3·0,73 = 3,75 €

Risposta

E(G) = 3,75 €

Un valore positivo significa che in media guadagni denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,64

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 − 0,0505 = 0,9495

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9495 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,64

Risposta

z = 1,64
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 256,4 g

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 = 250 + 1,282·5 = 256,41 g

Risposta

x = 256,41 g
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E₂ = 2,74

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 = (1,96/1,645)·√(25/100) = 0,5957

Nuovo margine

E₂ = 4,6·0,5957 = 2,74

Risposta

E₂ = 2,74
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 133

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 = (1,645·21/3)² = 132,6

Arrotonda per eccesso

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

n = 133

Risposta

n = 133
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,709

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.

Varianza combinata

sp² = (16·9² + 13·9²)/29 = 81
sp = 9

Errore standard

SE = 9·√(1/17 + 1/14) = 3,248

Statistica test

t = (70,5 − 61,7)/3,248 = 2,709

Risposta

t = 2,709

Con df = 29, il valore critico bilaterale al 5% è 2,045; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 120,8

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 = 2,576·20/√49 = 7,36

Limite dell'intervallo

U = 113,4 + 7,36 = 120,8

Risposta

U = 120,8
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9832

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 = 406/5 = 81,2

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 246
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1539

Coefficiente di determinazione

r² = 246²/(40·1539) = 0,9832

Risposta

r² = 0,9832

Circa il 98,32% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 49,25

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 = 36/6 = 6
ȳ = 271/6 = 45,17

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 143

Retta di regressione

b = 143/70 = 2,043
a = 45,17 − 2,043·6 = 32,91
ŷ = 32,91 + 2,043·x

Previsione

ŷ = 32,91 + 2,043·8 = 49,25

Risposta

ŷ = 49,25
15.Test chi quadrato

Risposta: E = 41,4

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 = 84·69/140 = 41,4

Risposta

E = 41,4
16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 36,28

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

linea 1: 30, 30
linea 2: 40, 40
linea 3: 50, 50

Statistica chi quadrato

χ² = (20 − 30)²/30 + (40 − 30)²/30 + (27 − 40)²/40 + (53 − 40)²/40 + (73 − 50)²/50 + (27 − 50)²/50
χ² = 36,28

Decisione

df = 2, χ²crit = 9,210
36,28 > 9,210

Risposta

χ² = 36,28

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

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