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

Un nuovo questionario sulla depressione predice quali studenti cercheranno un trattamento nel corso dell'anno successivo. Ciò sostiene quale tipo di validità?

  1. AValidità di contenuto
  2. BValidità predittiva
  3. CValidità di facciata
  4. DValidità concorrente
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. ALe ore di studio causano il 36% del successo all'esame
  2. BI predittori insieme spiegano il 36% della varianza dei voti d'esame
  3. CIl 36% degli studenti ha superato l'esame
  4. DLa correlazione tra i predittori è 0,36
3.Statistica descrittivaMedia
25303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 51, 40, 23, 40, 54, 35, 55.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 40. Trova il punteggio z z di un voto pari a 516.

μ = 500σ = 40x = 516
z =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,3510,220,230,25μ = 1,35

Per la distribuzione mostrata, trova la deviazione standard σ di X.

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,35, 0,2, 0,2, 0,25
σ =
6.ProbabilitàDifficile
n = 11, p = 0,3: P(X = 4) = ?k01234567891011

Un test ha 11 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,3, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 4 risposte corrette?

n = 11p = 0,3k = 4
P =
7.Distribuzione normaleMedia
2036,8P = ?

Supponi che i tempi di consegna abbiano una distribuzione normale con media 32 min e deviazione standard 6 min. Quale frazione è compresa tra 20 e 36,8 min? Dai P come numero decimale.

μ = 32σ = 6x1 = 20x2 = 36,8
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 500x = ?97,5%

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 97,5 % dei dati (il 97,5° percentile).

μ = 500σ = 40P = 97,5%
x = h
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 25, s = 19,5LUx̄ = 60E = ?90%

Un campione di 25 elementi ha media 60 e deviazione standard s = 19,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il margine di errore E di un intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 25x̄ = 60s = 19,590%t(24) = 1,711
E =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
μ₁ − μ₂, t(10) = 2,2280LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

Si provano due fertilizzanti. Gruppo di parcelle 1: 6 parcelle, resa media 28 kg, deviazione standard 1,5 kg. Gruppo di parcelle 2: 6 parcelle, media 34,5 kg, deviazione standard 1,5 kg. Supponi varianze uguali (t combinato, df = n₁ + n₂ − 2). Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 95% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 6x̄₁ = 28s₁ = 1,5n₂ = 6x̄₂ = 34,5s₂ = 1,595%t(10) = 2,228
limite superiore = kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,13102,131

Un campione di 16 studenti ha un punteggio medio di 190,3 e una deviazione standard campionaria di 15. Trova la statistica test t per H₀: μ = 200.

μ₀ = 200x̄ = 190,3s = 15n = 16
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 81 misure ha media 202,4. La deviazione standard della popolazione è 12. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 202,4σ = 12n = 8190%
L =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy351456562662768xy46506070

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 5Σx = 25Σy = 299Σx² = 135Σy² = 18049Σxy = 1535
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy1293405507609701178xy510406080x = 6

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. Si effettua una nuova osservazione (6, 53). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 6(6, 53)
e =
15.Test chi quadratoMedia
sìnoTotaleuomini3684120donne542680Totale90110200

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 = 2002 × 2
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento verifica se le frequenze in 7 categorie seguono una distribuzione di Poisson la cui media è stimata dagli stessi dati. Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 7
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Validità predittiva

Perché è questa la risposta

La validità predittiva si dimostra quando i punteggi predicono un criterio successivo. La validità concorrente usa un criterio misurato nello stesso momento.

Risposta

B · Validità predittiva
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · 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

B · I predittori insieme spiegano il 36% della varianza dei voti d'esame
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 11,62

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 = 298/7 = 42,57

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 8,429² + (−2,571)² + (−19,57)² + (−2,571)² + 11,43² + (−7,571)² + 12,43² = 809,7

Deviazione standard

s = √(809,7/6) = 11,62

Risposta

s = 11,62
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 0,4

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 = (516 − 500)/40 = 0,4

Risposta

z = 0,4
5.Probabilità

Risposta: σ = 1,195

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 = 0·0,35 + 1·0,2 + 2·0,2 + 3·0,25 = 1,35

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,2 + 4·0,2 + 9·0,25 = 3,25

Varianza

Var(X) = 3,25 − 1,35² = 1,427
σ = √1,427 = 1,195

Risposta

σ = 1,195
6.Probabilità

Risposta: P = 0,2201

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 = 4) = 330·0,34·0,77 = 330·0,0081·0,08235 = 0,2201

Risposta

P = 0,2201
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,7654

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 = (20 − 32)/6 = −2
z₂ = (36,8 − 32)/6 = 0,8

Area compresa

P = Φ(0,8) − Φ(−2) = 0,7881 − 0,02275 = 0,7654

Risposta

P = 0,7654
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 578,4 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) = 0,975 → z = 1,96

Ritorno a x

x = 500 + 1,96·40 = 578,4 h

Risposta

x = 578,4 h
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 6,673

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 = 24, t = 1,711

Margine di errore

E = 1,711·19,5/√25 = 6,673

Risposta

E = 6,673
10.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = −4,57 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 = (5·1,5² + 5·1,5²)/10 = 2,25
sp = 1,5

Margine di errore

E = 2,228·1,5·√(1/6 + 1/6) = 1,93

Intervallo

−6,5 ± 1,93 → [−8,43, −4,57]

Risposta

limite superiore = −4,57 kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −2,587

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/√16 = 15/4 = 3,75

Statistica test

t = (190,3 − 200)/3,75 = −2,587

Risposta

t = −2,587
t0,025; df = 15 = 2,131

|t| > 2,131, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 200,2

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/√81 = 2,193

Limite dell'intervallo

L = 202,4 − 2,193 = 200,2

Risposta

L = 200,2
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9736

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 = 1535 − 25·299/5 = 40
Sxx = 135 − 25²/5 = 10
Syy = 18049 − 299²/5 = 168,8

Coefficiente di correlazione

r = 40/√(10·168,8) = 0,9736

Risposta

r = 0,9736
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = −1,5

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 = 36/6 = 6
ȳ = 327/6 = 54,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 345

Retta di regressione

b = 345/70 = 4,929
a = 54,5 − 4,929·6 = 24,93
ŷ = 24,93 + 4,929·x

Valore previsto

ŷ = 24,93 + 4,929·6 = 54,5

Residuo

e = 53 − 54,5 = −1,5

Risposta

e = −1,5

Il punto si trova sotto la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 27,27

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

uomini: 120·90/200 = 54, 120·110/200 = 66
donne: 80·90/200 = 36, 80·110/200 = 44

Statistica chi quadrato

χ² = (36 − 54)²/54 + (84 − 66)²/66 + (54 − 36)²/36 + (26 − 44)²/44
χ² = 27,27

Risposta

χ² = 27,27

gl = 1. Con α = 0,05 il valore critico è 3,841, quindi H₀ (indipendenza) viene rifiutata.

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 5

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 = 7 − 1 − 1 = 5

Risposta

df = 5

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