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 test è così facile che quasi tutti i partecipanti ottengono un punteggio vicino al massimo. Questo fenomeno si chiama:

  1. AEffetto della pratica
  2. BEffetto soffitto
  3. CEffetto pavimento
  4. DEffetto d'ordine
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore raccoglie dati in nove momenti e ogni volta esegue un test al livello del 5% senza correzione. Qual è il problema?

  1. ALa probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%
  2. BLa dimensione dell'effetto diminuisce a ogni test
  3. CNon c'è alcun problema in questo approccio
  4. DI dati diventano più attendibili ogni volta, quindi l'ultimo test è il più accurato
3.Statistica descrittivaMedia
1520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 34, 12, 12, 12, 28, 51, 37.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 15. Quale proporzione P dei valori è superiore a 62,5?

μ = 70σ = 15x = 62,5
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,3510,3520,230,1μ = 1,05

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

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

n = 6p = 0,4k = 3
P =
7.Distribuzione normaleMedia
32 min30,8 minX + Y?

X è normale con media 12 min e deviazione standard 1,5 min; Y è indipendente e normale con media 20 min e deviazione standard 2 min. Trova la probabilità P che X + Y sia maggiore di 30,8 min. Arrotonda z a due decimali.

μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 30,8 min
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
35455565758595puntiin alto 70%

I valori di i voti di un esame sono distribuiti normalmente con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Trascina la soglia in modo che il 70% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.

μ = 65 puntiσ = 10 punti70%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 16, sd​ = 3,40LUd̄ = −4,1E = ?99%

La pressione arteriosa di 16 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media −4,1 e deviazione standard 3,4. Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 99% per la differenza media.

n = 16d̄ = −4,1sd = 3,499%t(15) = 2,947
E = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 21, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

La deviazione standard della popolazione è 21. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 95 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 2,5?

σ = 21E = 2,595%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,3652,365t = ?df = 7

8 dipendenti svolgono un test di dattilografia prima e dopo un corso di formazione. Per ogni persona si registra la differenza d = dopo − prima (parole al minuto). La differenza media è −2,92 e la deviazione standard delle differenze è 7,5. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 8d̄ = −2,92sd = 7,5
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 4, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 199%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 99 % per una media abbia un margine di errore di al massimo 1? La deviazione standard è 4. Trova la dimensione minima del campione n.

σ = 4E = 199%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy2841161582010241227xy5101020

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy2441061181610161222xy5101020ŷ = 16

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 = 16?

n = 6ŷ = 16
x =
15.Test chi quadratoMedia
bassomedioaltoTotaleurbano12383080rurale16251960Totale286349140

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 = 1402 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
sìnoTotaleetà 18–30112940età 31–50184260età 51+194160Totale48112160dfα = 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 = 1603 × 2α = 0,05
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Effetto soffitto

Perché è questa la risposta

Gli effetti soffitto nascondono le differenze tra le condizioni perché nessuno può ottenere un punteggio più alto. Gli effetti pavimento sono l'opposto, quando un compito è troppo difficile.

Risposta

B · Effetto soffitto
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · La probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%

Perché è questa la risposta

Con nove test indipendenti la probabilità di almeno un errore di I tipo è circa 1 − 0,95⁹ ≈ 37%. Correzioni come quella di Bonferroni risolvono il problema.

Risposta

A · La probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,27

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 = 186/7 = 26,57

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 7,429² + (−14,57)² + (−14,57)² + (−14,57)² + 1,429² + 24,43² + 10,43² = 1400

Deviazione standard

s = √(1400/6) = 15,27

Risposta

s = 15,27
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,6915

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 = −0,5

Tavola della normale standard

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 1 − 0,3085 = 0,6915

Risposta

P = 0,6915
5.Probabilità

Risposta: σ = 0,9734

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 + 1·0,35 + 2·0,2 + 3·0,1 = 1,05

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,35 + 4·0,2 + 9·0,1 = 2,05

Varianza

Var(X) = 2,05 − 1,05² = 0,9475
σ = √0,9475 = 0,9734

Risposta

σ = 0,9734
6.Probabilità

Risposta: P = 0,2765

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 = 3) = 20·0,43·0,63 = 20·0,064·0,216 = 0,2765

Risposta

P = 0,2765
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,6844

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 somma

μ = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min

Standardizza

z = (30,8 − 32)/2,5 = −0,48

Coda superiore

P = 1 − Φ(−0,48) = 1 − 0,3156 = 0,6844

Risposta

P = 0,6844
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 59,8 punti

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) = 0,3

z dalla tabella

z ≈ −0,52

Di nuovo nelle unità originali

x = 65 − 0,52·10 = 59,8 punti

Risposta

x = 59,8 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 2,505 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 = 15, t = 2,947

Margine di errore

E = 2,947·3,4/√16 = 2,505

Risposta

E = 2,505 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 272

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 = (1,96·21/2,5)² = 271,1

Arrotonda per eccesso

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

n = 272

Risposta

n = 272
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −1,101

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Errore standard della differenza media

SE = 7,5/√8 = 2,652

Statistica test

t = −2,92/2,652 = −1,101

Risposta

t = −1,101

Con df = 7, il valore critico bilaterale al 5% è 2,365; |t| è minore, quindi H₀ non viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 107

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).

Ricava n

n = (2,576·4/1)² = 106,2

Arrotonda per eccesso

n = 107

Risposta

n = 107
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9973

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 = 105/6 = 17,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 139
Syy = Σ(y − ȳ)² = 277,5

Coefficiente di correlazione

r = 139/√(70·277,5) = 0,9973

Risposta

r = 0,9973
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 8,755

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 = 79/6 = 13,17

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 113

Retta di regressione

b = 113/70 = 1,614
a = 13,17 − 1,614·7 = 1,867
ŷ = 1,867 + 1,614·x

Risolvi per x

x = (16 − 1,867)/1,614 = 8,755

Risposta

x = 8,755
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 2,926

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

urbano: 80·28/140 = 16, 80·63/140 = 36, 80·49/140 = 28
rurale: 60·28/140 = 12, 60·63/140 = 27, 60·49/140 = 21

Statistica chi quadrato

χ² = (12 − 16)²/16 + (38 − 36)²/36 + (30 − 28)²/28 + (16 − 12)²/12 + (25 − 27)²/27 + (19 − 21)²/21
χ² = 2,926

Risposta

χ² = 2,926

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 0,1984

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

età 18–30: 12, 28
età 31–50: 18, 42
età 51+: 18, 42

Statistica chi quadrato

χ² = (11 − 12)²/12 + (29 − 28)²/28 + (18 − 18)²/18 + (42 − 42)²/42 + (19 − 18)²/18 + (41 − 42)²/42
χ² = 0,1984

Decisione

df = 2, χ²crit = 5,991
0,1984 < 5,991

Risposta

χ² = 0,1984

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

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