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 una correlazione, r = 0,40. Quale proporzione della varianza di una variabile è condivisa con l'altra?

  1. A60%
  2. B4%
  3. C40%
  4. D16%
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Una scala self-report rileva che le persone che concordano con molte affermazioni ottengono punteggi alti indipendentemente dal contenuto. Di quale distorsione di risposta si tratta, e come si può ridurre?

  1. AEffetti d'ordine; bilanciare i partecipanti
  2. BDesiderabilità sociale; usare un campione più grande
  3. CCaratteristiche della richiesta; usare un disegno in doppio cieco
  4. DAcquiescenza; includere item formulati al contrario
3.Statistica descrittivaMedia
28303234363840424446

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 36, 43, 28, 46, 36, 43.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 170 e deviazione standard 20. Trova il punteggio z z di un voto pari a 130.

μ = 170σ = 20x = 130
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
n = 11, p = 0,5: P(X = 5) = ?k01234567891011

Un test ha 11 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,5, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 5 risposte corrette?

n = 11p = 0,5k = 5
P =
7.Distribuzione normaleMedia
85127,75P = ?

Supponi che i punteggi del QI abbiano una distribuzione normale con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Quale frazione è compresa tra 85 e 127,75 punti? Dai P come numero decimale.

μ = 100σ = 15x1 = 85x2 = 127,75
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
10 cm0X − Y?

Le altezze X degli uomini e Y delle donne di un gruppo sono indipendenti e normali: X ha media 180 cm e deviazione standard 10 cm, Y ha media 170 cm e deviazione standard 12 cm. Trova la probabilità P che X sia maggiore di Y. Arrotonda z a due decimali.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 11, sd​ = 7,90LU = ?d̄ = 7,6E90%

La pressione arteriosa di 11 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media 7,6 e deviazione standard 7,9. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 90% per la differenza media.

n = 11d̄ = 7,6sd = 7,990%t(10) = 1,812
limite superiore = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
μ₁ − μ₂, t(19) = 2,0930L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

Si provano due fertilizzanti. Gruppo di parcelle 1: 10 parcelle, resa media 15,5 kg, deviazione standard 8,5 kg. Gruppo di parcelle 2: 11 parcelle, media 4 kg, deviazione standard 8 kg. Supponi varianze uguali (t combinato, df = n₁ + n₂ − 2). Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 95% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 10x̄₁ = 15,5s₁ = 8,5n₂ = 11x̄₂ = 4s₂ = 895%t(19) = 2,093
limite inferiore = kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,06p = ?

Si afferma che la media di una popolazione sia 120; la deviazione standard della popolazione è nota e vale 12. Un campione casuale di 36 osservazioni ha media 115,88. Verifica H₀: μ = 120 contro H₁: μ < 120. Trova il p-value p.

μ₀ = 120σ = 12n = 36x̄ = 115,88H₁: μ < μ₀
p =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 200 contro H₁: μ > 200 viene eseguito con α = 0,01 su un campione di 64; la deviazione standard è nota e vale 20. In realtà la media è 207,5. Trova la probabilità di un errore di secondo tipo β in percentuale.

μ₀ = 200μ = 207,5σ = 20n = 64α = 0,01
β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy246351455557658xy2465055

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 5
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy179520108231322615229168xy202530100150x = 24,5

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 (24,5, 138). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(24,5, 138)
e =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti205228100personale4124460Totale246472160

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
promossobocciatoTotalelinea 1413980linea 2384280linea 395160Totale88132220dfα = 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 = 2203 × 2α = 0,01
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · 16%

Perché è questa la risposta

Il coefficiente di determinazione è r², qui 0,40² = 0,16, quindi il 16% della varianza è condiviso.

Risposta

D · 16%
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Acquiescenza; includere item formulati al contrario

Perché è questa la risposta

L'acquiescenza è la tendenza a concordare con gli item. Mescolando item formulati in senso positivo e negativo, concordare con tutto non produce più un punteggio estremo.

Risposta

D · Acquiescenza; includere item formulati al contrario
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 6,623

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 = 232/6 = 38,67

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−2,667)² + 4,333² + (−10,67)² + 7,333² + (−2,667)² + 4,333² = 219,3

Deviazione standard

s = √(219,3/5) = 6,623

Risposta

s = 6,623
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = −2

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 = (130 − 170)/20 = −2

Risposta

z = −2
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: P = 0,2256

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 = 5) = 462·0,55·0,56 = 462·0,03125·0,01563 = 0,2256

Risposta

P = 0,2256
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,8092

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 = (85 − 100)/15 = −1
z₂ = (127,75 − 100)/15 = 1,85

Area compresa

P = Φ(1,85) − Φ(−1) = 0,9678 − 0,1587 = 0,8092

Risposta

P = 0,8092
8.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,7389

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 della differenza

μ = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Standardizza

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilità

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Risposta

P = 0,7389
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 11,92 mmHg

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.

Valore critico

df = 10, t = 1,812

Margine di errore

E = 1,812·7,9/√11 = 4,316

Intervallo

7,6 ± 4,316 → [3,284, 11,92]

Risposta

limite superiore = 11,92 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 3,964 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 = (9·8,5² + 10·8²)/19 = 67,91
sp = 8,241

Margine di errore

E = 2,093·8,241·√(1/10 + 1/11) = 7,536

Intervallo

11,5 ± 7,536 → [3,964, 19,04]

Risposta

limite inferiore = 3,964 kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: p = 0,0197

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.

Statistica test

SE = σ/√n = 12/√36 = 2
z = (115,88 − 120)/2 = −2,06

Area della coda

Φ(2,06) = 0,9803
1 − Φ(2,06) = 0,0197

p-value

p = 0,0197

Risposta

p = 0,0197

p ≤ 0,05, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5%.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: β = 25,02 %

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 = 20/√64 = 2,5
x̄c = 200 + 2,326·2,5 = 205,8

z sotto la media vera

z = (205,8 − 207,5)/2,5 = −0,674

Errore di secondo tipo

potenza = P(Z > −0,674) = 74,98%
β = 100% − 74,98% = 25,02%

Risposta

β = 25,02%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9623

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 = 20/5 = 4
ȳ = 267/5 = 53,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 30
Syy = Σ(y − ȳ)² = 97,2

Coefficiente di correlazione

r = 30/√(10·97,2) = 0,9623

Risposta

r = 0,9623
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = −2,5

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 = 115/5 = 23
ȳ = 655/5 = 131

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 570

Retta di regressione

b = 570/90 = 6,333
a = 131 − 6,333·23 = −14,67
ŷ = −14,67 + 6,333·x

Valore previsto

ŷ = −14,67 + 6,333·24,5 = 140,5

Residuo

e = 138 − 140,5 = −2,5

Risposta

e = −2,5

Il punto si trova sotto la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 31,17

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: 100·24/160 = 15, 100·64/160 = 40, 100·72/160 = 45
personale: 60·24/160 = 9, 60·64/160 = 24, 60·72/160 = 27

Statistica chi quadrato

χ² = (20 − 15)²/15 + (52 − 40)²/40 + (28 − 45)²/45 + (4 − 9)²/9 + (12 − 24)²/24 + (44 − 27)²/27
χ² = 31,17

Risposta

χ² = 31,17

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 21,72

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: 32, 48
linea 2: 32, 48
linea 3: 24, 36

Statistica chi quadrato

χ² = (41 − 32)²/32 + (39 − 48)²/48 + (38 − 32)²/32 + (42 − 48)²/48 + (9 − 24)²/24 + (51 − 36)²/36
χ² = 21,72

Decisione

df = 2, χ²crit = 9,210
21,72 > 9,210

Risposta

χ² = 21,72

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

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