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 t per campioni indipendenti
  2. BTest U di Mann–Whitney
  3. CTest chi-quadrato
  4. DTest t per campioni appaiati (dipendenti)
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Quale test non parametrico confronta due campioni appaiati, come punteggi prima e dopo su una scala ordinale?

  1. ATest di indipendenza del chi quadrato
  2. BTest U di Mann-Whitney
  3. CTest dei ranghi con segno di Wilcoxon
  4. DTest t per campioni indipendenti
3.Statistica descrittivaMedia
1520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 35, 44, 13, 18, 53, 39.

n = 6
s =
4.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 20. Trova il punteggio z z di un voto pari a 90.

μ = 60σ = 20x = 90
z =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)10,320,2530,240,25μ = 2,4

Per la distribuzione mostrata, trova la varianza Var(X) di X.

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,25, 0,2, 0,25
Var(X) =
6.ProbabilitàDifficile
n = 6, p = 0,4: P(X = 1) = ?k0123456

Un test ha 6 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,4, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 1 risposte corrette?

n = 6p = 0,4k = 1
P =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,9660

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,9660. Trova z con due decimali.

A = 0,9660
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
157164171178185192199cmin alto 40%

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 40% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.

μ = 178 cmσ = 7 cm40%
x = cm
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 21, s = 3,5L = ?Ux̄ = 12E99%

Un campione di 21 elementi ha media 12 e deviazione standard s = 3,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 99 % per la media.

n = 21x̄ = 12s = 3,599%t(20) = 2,845
limite inferiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 22, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,599%

La deviazione standard della popolazione è 22. 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 2,5?

σ = 22E = 2,599%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−1,961,96z = ?

Due linee di produzione fabbricano lo stesso pezzo. Linea 1: un campione di 60 pezzi ha lunghezza media 47 mm, e la deviazione standard nota della linea è 6 mm. Linea 2: un campione di 40 pezzi ha media 44,8 mm, deviazione standard nota 7 mm. Trova la statistica test z per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (linea 1 meno linea 2).

n₁ = 60x̄₁ = 47 mmσ₁ = 6 mmn₂ = 40x̄₂ = 44,8 mmσ₂ = 7 mm
z =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
−1,961,96z = ?

In una sperimentazione, 88 pazienti su 250 con il trattamento A guariscono, e 26 su 100 con il trattamento B. Usando la proporzione combinata, trova la statistica test z per H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 88n₁ = 250x₂ = 26n₂ = 100
z =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy120217317412511611xy2461520

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 = 88Σx² = 91Σy² = 1364Σxy = 274
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy138238343449563662xy246405060ŷ = 37

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. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 37?

n = 6ŷ = 37
x =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno66277100turno di notte14133360Totale804040160

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 = 1602 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

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

3 × 3
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · 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

D · Test t per campioni appaiati (dipendenti)
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Test dei ranghi con segno di Wilcoxon

Perché è questa la risposta

Il test di Wilcoxon è per dati ordinali appaiati; l'U di Mann-Whitney è il suo corrispettivo per gruppi indipendenti.

Risposta

C · Test dei ranghi con segno di Wilcoxon
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,38

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 = 202/6 = 33,67

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 1,333² + 10,33² + (−20,67)² + (−15,67)² + 19,33² + 5,333² = 1183

Deviazione standard

s = √(1183/5) = 15,38

Risposta

s = 15,38
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 1,5

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 = (90 − 60)/20 = 1,5

Risposta

z = 1,5
5.Probabilità

Risposta: Var(X) = 1,34

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.

Media

μ = 1·0,3 + 2·0,25 + 3·0,2 + 4·0,25 = 2,4

Media dei quadrati

E(X²) = 1·0,3 + 4·0,25 + 9·0,2 + 16·0,25 = 7,1

Varianza

Var(X) = 7,1 − 2,4² = 1,34

Risposta

Var(X) = 1,34
6.Probabilità

Risposta: P = 0,1866

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 = 1) = 6·0,41·0,65 = 6·0,4·0,07776 = 0,1866

Risposta

P = 0,1866
7.Distribuzione normale

Risposta: z = 2,12

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 + 0,9660)/2 = 0,9830

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9830 dentro la tabella e leggi z.

z = 2,12

Risposta

z = 2,12
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 179,8 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) = 0,6

z dalla tabella

z ≈ 0,25

Di nuovo nelle unità originali

x = 178 + 0,25·7 = 179,8 cm

Risposta

x = 179,8 cm
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 9,827

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 = 20, t = 2,845

Margine di errore

E = 2,845·3,5/√21 = 2,173

Intervallo

12 ± 2,173 → [9,827, 14,17]

Risposta

limite inferiore = 9,827
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 514

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 = (2,576·22/2,5)² = 513,9

Arrotonda per eccesso

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

n = 514

Risposta

n = 514
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = 1,629

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.

Errore standard della differenza

SE = √(6²/60 + 7²/40) = √1,825 = 1,351

Statistica test

z = (47 − 44,8)/1,351 = 1,629

Risposta

z = 1,629

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

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = 1,659

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 = 88/250 = 0,352
p̂₂ = 26/100 = 0,26
p̂ = 114/350 = 0,3257

Errore standard sotto H₀

SE = √(0,3257·0,6743·(1/250 + 1/100)) = 0,05545

Statistica test

z = (0,352 − 0,26)/0,05545 = 1,659

Risposta

z = 1,659

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

13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = −0,9491

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 = 274 − 21·88/6 = −34
Sxx = 91 − 21²/6 = 17,5
Syy = 1364 − 88²/6 = 73,33

Coefficiente di correlazione

r = −34/√(17,5·73,33) = −0,9491

Risposta

r = −0,9491
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 1,439

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 = 293/6 = 48,83

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 100,5

Retta di regressione

b = 100,5/17,5 = 5,743
a = 48,83 − 5,743·3,5 = 28,73
ŷ = 28,73 + 5,743·x

Risolvi per x

x = (37 − 28,73)/5,743 = 1,439

Risposta

x = 1,439
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 48,64

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: 100·80/160 = 50, 100·40/160 = 25, 100·40/160 = 25
turno di notte: 60·80/160 = 30, 60·40/160 = 15, 60·40/160 = 15

Statistica chi quadrato

χ² = (66 − 50)²/50 + (27 − 25)²/25 + (7 − 25)²/25 + (14 − 30)²/30 + (13 − 15)²/15 + (33 − 15)²/15
χ² = 48,64

Risposta

χ² = 48,64

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 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.

Gradi di libertà

df = (3 − 1)·(3 − 1) = 4

Risposta

df = 4

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