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

Quale statistica è appropriata per la relazione tra due serie di ranghi, come le graduatorie di quadri stilate da giudici?

  1. ATest t per campioni indipendenti
  2. BRho di Spearman
  3. Cr di Pearson
  4. DChi-quadrato
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Uno studio riporta t(28) = 2,50, p = .018 per due gruppi indipendenti di uguale dimensione. Quanti partecipanti hanno preso parte allo studio?

  1. A30
  2. B29
  3. C56
  4. D28
3.Statistica descrittivaMedia
15202530354045

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 28, 25, 18, 47, 11, 43.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 5. Trova il punteggio z z di un voto pari a 63.

μ = 60σ = 5x = 63
z =
5.ProbabilitàMedia
P(almeno un sei) = ??1?2P(sei) = 1/6 a ogni lancio

Si lancia un dado equo 2 volte. Qual è la probabilità P di ottenere almeno un sei?

n = 2
P =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−30,8460,151470,01

Giocare a un gioco costa 3 €. Si vincono 9 € con probabilità 0,15 e 150 € con probabilità 0,01; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €3€9: p = 0,15€150: p = 0,01
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
240,25252,75P = ?

Supponi che i pesi dei sacchetti abbiano una distribuzione normale con media 250 g e deviazione standard 5 g. Quale frazione è compresa tra 240,25 e 252,75 g? Dai P come numero decimale.

μ = 250σ = 5x1 = 240,25x2 = 252,75
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 65x = ?97,5%

Supponi che i voti di un esame abbiano una distribuzione normale con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Trova il valore x sotto il quale si trova il 97,5 % dei dati (il 97,5° percentile).

μ = 65σ = 10P = 97,5%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 12, sd​ = 1,40LU = ?d̄ = −4,8E99%

La pressione arteriosa di 12 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media −4,8 e deviazione standard 1,4. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 99% per la differenza media.

n = 12d̄ = −4,8sd = 1,499%t(11) = 3,106
limite superiore = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 28, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,599%

La deviazione standard della popolazione è 28. 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 0,5?

σ = 28E = 0,599%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,9901,99

Un campione di 81 studenti ha un punteggio medio di 73,78 e una deviazione standard campionaria di 5. Trova la statistica test t per H₀: μ = 75.

μ₀ = 75x̄ = 73,78s = 5n = 81
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 49 misure ha media 73,3. La deviazione standard della popolazione è 8. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 73,3σ = 8n = 4990%
L =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy16401946225525652873xy20254060

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 = 110Σy = 279Σx² = 2510Σy² = 16295Σxy = 6393
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy128237337436538645xy2463040x = 5,5

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 = 5,5.

n = 6x = 5,5
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
bassomedioaltoTotaleurbano33123984rurale9272056Totale423959140

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

totale di riga = 84totale di colonna = 39N = 140
E =
16.Test chi quadratoDifficile
sìnoTotalestabilimento A2476100stabilimento B3763100stabilimento C112940Totale72168240dfα = 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 = 0,05 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 = 0,05
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Rho di Spearman

Perché è questa la risposta

La correlazione per ranghi di Spearman misura la forza di una relazione monotona tra due variabili ordinali o espresse in ranghi.

Risposta

B · Rho di Spearman
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · 30

Perché è questa la risposta

28 gradi di libertà significano 28 + 2 = 30 partecipanti, 15 per gruppo.

Risposta

A · 30
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 14,01

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 = 172/6 = 28,67

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−0,6667)² + (−3,667)² + (−10,67)² + 18,33² + (−17,67)² + 14,33² = 981,3

Deviazione standard

s = √(981,3/5) = 14,01

Risposta

s = 14,01
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 0,6

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 = (63 − 60)/5 = 0,6

Risposta

z = 0,6
5.Probabilità

Risposta: P = 0,3056

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)2 = 0,6944
P = 1 − 0,6944 = 0,3056

Risposta

P = 0,3056
6.Probabilità

Risposta: E(G) = −0,15 €

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: 6 (p = 0,15), 147 (p = 0,01), −3 (p = 0,84)

Valore atteso

E(G) = 6·0,15 + 147·0,01 − 3·0,84 = −0,15 €

Risposta

E(G) = −0,15 €

Un valore negativo significa che in media perdi denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,6833

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 = (240,25 − 250)/5 = −1,95
z₂ = (252,75 − 250)/5 = 0,55

Area compresa

P = Φ(0,55) − Φ(−1,95) = 0,7088 − 0,02559 = 0,6833

Risposta

P = 0,6833
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 84,6 punti

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 = 65 + 1,96·10 = 84,6 punti

Risposta

x = 84,6 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = −3,545 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 = 11, t = 3,106

Margine di errore

E = 3,106·1,4/√12 = 1,255

Intervallo

−4,8 ± 1,255 → [−6,055, −3,545]

Risposta

limite superiore = −3,545 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 20810

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 = (2,576·28/0,5)² = 20810

Arrotonda per eccesso

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

n = 20810

Risposta

n = 20810
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −2,196

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 = 5/√81 = 5/9 = 0,5556

Statistica test

t = (73,78 − 75)/0,5556 = −2,196

Risposta

t = −2,196
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| > 1,99, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 71,42

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 = 1,645·8/√49 = 1,88

Limite dell'intervallo

L = 73,3 − 1,88 = 71,42

Risposta

L = 71,42
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,997

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 = 6393 − 110·279/5 = 255
Sxx = 2510 − 110²/5 = 90
Syy = 16295 − 279²/5 = 726,8

Coefficiente di correlazione

r = 255/√(90·726,8) = 0,997

Risposta

r = 0,997
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 41,8

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 = 221/6 = 36,83

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 43,5

Retta di regressione

b = 43,5/17,5 = 2,486
a = 36,83 − 2,486·3,5 = 28,13
ŷ = 28,13 + 2,486·x

Previsione

ŷ = 28,13 + 2,486·5,5 = 41,8

Risposta

ŷ = 41,8
15.Test chi quadrato

Risposta: E = 23,4

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 = 84·39/140 = 23,4

Risposta

E = 23,4
16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 4,167

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

stabilimento A: 30, 70
stabilimento B: 30, 70
stabilimento C: 12, 28

Statistica chi quadrato

χ² = (24 − 30)²/30 + (76 − 70)²/70 + (37 − 30)²/30 + (63 − 70)²/70 + (11 − 12)²/12 + (29 − 28)²/28
χ² = 4,167

Decisione

df = 2, χ²crit = 5,991
4,167 < 5,991

Risposta

χ² = 4,167

χ² è sotto il valore critico, quindi H₀ non viene rifiutata: non c’è evidenza significativa di un’associazione.

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