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

La distorsione da pubblicazione (publication bias) si riferisce a:

  1. ARicercatori che pubblicano due volte lo stesso studio
  2. BRevisori che preferiscono gli articoli di autori di università famose rispetto a quelle meno note
  3. CRiviste che pubblicano solo ricerche qualitative
  4. DStudi con risultati significativi che hanno più probabilità di essere pubblicati di quelli con risultati nulli
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Una meta-analisi combina 40 studi su una terapia. Perché la sua dimensione dell'effetto complessiva potrebbe comunque essere troppo grande?

  1. ALe meta-analisi non possono includere studi randomizzati
  2. BCombinare gli studi elimina sempre ogni distorsione
  3. CLe meta-analisi danno sempre effetti più piccoli dei singoli studi che includono
  4. DPer la distorsione da pubblicazione, gli studi non pubblicati con risultati nulli potrebbero mancare
3.Statistica descrittivaMedia
2025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 47, 21, 57, 17, 58, 27, 46.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 5. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 65?

μ = 70σ = 5x = 65
P =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 8blu: 5

Un sacchetto contiene 8 palline rosse e 5 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

8 / 5
P =
6.ProbabilitàDifficile
n = 5, p = 0,2: P(X ≤ 1) = ?k012345

Si collaudano 5 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,2, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?

n = 5p = 0,2
P =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,7923

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,7923. Trova z con due decimali.

A = 0,7923
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
0,04 mm0D − d?

I diametri D dei fori sono normali con media 25,04 mm e deviazione standard 0,02 mm. I diametri d degli alberi sono indipendenti e normali con media 25 mm e deviazione standard 0,015 mm. Un albero scelto a caso si accoppia quando D − d > 0. Trova la probabilità P che si accoppi. Arrotonda z a due decimali.

foro: μ = 25,04 mm, σ = 0,02 mmalbero: μ = 25 mm, σ = 0,015 mm
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 10, s = 17,5LU = ?x̄ = 90E90%

Un campione di 10 elementi ha media 90 e deviazione standard s = 17,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 10x̄ = 90s = 17,590%t(9) = 1,833
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 14, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 399%

La deviazione standard della popolazione è 14. 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 3?

σ = 14E = 399%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,0452,045t = ?df = 29

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 23 studenti, punteggio medio 66,5, deviazione standard 11. Gruppo 2: 8 studenti, punteggio medio 56,5, deviazione standard 11,5. 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 = 23x̄₁ = 66,5s₁ = 11n₂ = 8x̄₂ = 56,5s₂ = 11,5
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 81 misure ha media 123. La deviazione standard della popolazione è 15. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 123σ = 15n = 8190%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy18592157247527853088xy20253060708090

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 = 120Σy = 364Σx² = 2970Σy² = 27324Σxy = 8994
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy254861181110151219xy5105101520ŷ = 9

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 9?

n = 6ŷ = 9
x =
15.Test chi quadratoMedia
bassomedioaltoTotaleurbano10302767rurale1193555Totale213962122

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

totale di riga = 55totale di colonna = 21N = 122
E =
16.Test chi quadratoDifficile
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 2 righe e 11 colonne (totali esclusi). Usando la tabella, trova il valore critico χ²crit al livello di significatività α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Studi con risultati significativi che hanno più probabilità di essere pubblicati di quelli con risultati nulli

Perché è questa la risposta

Quando gli studi non significativi restano nei cassetti, la letteratura pubblicata sovrastima le dimensioni degli effetti, il che distorce le meta-analisi.

Risposta

D · Studi con risultati significativi che hanno più probabilità di essere pubblicati di quelli con risultati nulli
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Per la distorsione da pubblicazione, gli studi non pubblicati con risultati nulli potrebbero mancare

Perché è questa la risposta

Se i risultati nulli vengono pubblicati meno spesso, l'effetto aggregato risulta gonfiato. I funnel plot e la ricerca di dati non pubblicati aiutano a individuare e ridurre il problema.

Risposta

D · Per la distorsione da pubblicazione, gli studi non pubblicati con risultati nulli potrebbero mancare
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 17,08

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 = 273/7 = 39

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 8² + (−18)² + 18² + (−22)² + 19² + (−12)² + 7² = 1750

Deviazione standard

s = √(1750/6) = 17,08

Risposta

s = 17,08
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,1587

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

Tavola della normale standard

Φ(−1) = 0,1587
P = 0,1587

Risposta

P = 0,1587
5.Probabilità

Risposta: P = 0,359

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.

Prima e seconda estrazione

P = 8/13 · 7/12 = 56/156 = 0,359

Risposta

P = 0,359
6.Probabilità

Risposta: P = 0,7373

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.

Zero e un guasto

P(X = 0) = 0,85 = 0,3277
P(X = 1) = 5·0,2·0,84 = 0,4096

Sommale

P = 0,3277 + 0,4096 = 0,7373

Risposta

P = 0,7373
7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,26

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 + 0,7923)/2 = 0,8962

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,8962 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,26

Risposta

z = 1,26
8.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,9452

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 = 25,04 − 25 = 0,04 mm, σ = 0,025 mm

Standardizza

z = (0 − 0,04)/0,025 = −1,6

Probabilità

P = 1 − Φ(−1,6) = 0,9452

Risposta

P = 0,9452
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 100,1

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 = 9, t = 1,833

Margine di errore

E = 1,833·17,5/√10 = 10,14

Intervallo

90 ± 10,14 → [79,86, 100,1]

Risposta

limite superiore = 100,1
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 145

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 = (2,576·14/3)² = 144,5

Arrotonda per eccesso

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

n = 145

Risposta

n = 145
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,19

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 = (22·11² + 7·11,5²)/29 = 123,7
sp = 11,12

Errore standard

SE = 11,12·√(1/23 + 1/8) = 4,565

Statistica test

t = (66,5 − 56,5)/4,565 = 2,19

Risposta

t = 2,19

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 = 125,7

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 = 1,645·15/√81 = 2,742

Limite dell'intervallo

U = 123 + 2,742 = 125,7

Risposta

U = 125,7
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9469

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 = 8994 − 120·364/5 = 258
Sxx = 2970 − 120²/5 = 90
Syy = 27324 − 364²/5 = 824,8

Coefficiente di correlazione

r = 258/√(90·824,8) = 0,9469

Risposta

r = 0,9469
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 5,077

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 = 42/6 = 7
ȳ = 69/6 = 11,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 91

Retta di regressione

b = 91/70 = 1,3
a = 11,5 − 1,3·7 = 2,4
ŷ = 2,4 + 1,3·x

Risolvi per x

x = (9 − 2,4)/1,3 = 5,077

Risposta

x = 5,077
15.Test chi quadrato

Risposta: E = 9,467

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 = 55·21/122 = 9,467

Risposta

E = 9,467
16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 23,21

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 = (2 − 1)·(11 − 1) = 10

Tabella

χ²crit(df = 10, α = 0,01) = 23,209

Risposta

χ²crit = 23,209

Rifiuta H₀ se il χ² calcolato è maggiore di questo valore.

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