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 intervallo di confidenza al 95% per una media di 50 va da 46 a 54. Qual è l'interpretazione più corretta?

  1. AIl risultato non è significativo
  2. BLa procedura usata produce intervalli che contengono la vera media nel 95% dei casi
  3. CC'è una probabilità del 95% che la media del campione sia 50
  4. DIl 95% dei singoli partecipanti del campione ha ottenuto un punteggio tra 46 e 54 nella misura
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Uno studio trova una correlazione di r = 0,05 tra statura e QI considerando solo giocatori di pallacanestro professionisti, sebbene nella popolazione generale sia più alta. Che cosa spiega meglio la debolezza della correlazione?

  1. ALa restrizione del campo di variazione
  2. BLe caratteristiche della richiesta
  3. CUn effetto soffitto nei test di QI
  4. DLa regressione verso la media
3.Statistica descrittivaMedia
20253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 49, 33, 53, 20, 19.

n = 5
s =
4.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 25. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 450?

μ = 500σ = 25x = 450
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,3510,120,130,240,25μ = 1,9

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,1, 0,1, 0,2, 0,25
σ =
6.ProbabilitàDifficile
n = 5, p = 0,4: P(X = 1) = ?k012345

Un test ha 5 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 1 risposte corrette?

n = 5p = 0,4k = 1
P =
7.Distribuzione normaleMedia
105 s99,9 sX + Y?

X è normale con media 60 s e deviazione standard 5 s; Y è indipendente e normale con media 45 s e deviazione standard 4 s. Trova la probabilità P che X + Y sia maggiore di 99,9 s. Arrotonda z a due decimali.

μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 99,9 s
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 32x = ?10%

Supponi che i tempi di consegna abbiano una distribuzione normale con media 32 min e deviazione standard 6 min. Trova il valore x sotto il quale si trova il 10 % dei dati (il 10° percentile).

μ = 32σ = 6P = 10%
x = min
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 16, sd​ = 3,30LU = ?d̄ = −8,3E99%

La pressione arteriosa di 16 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media −8,3 e deviazione standard 3,3. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 99% per la differenza media.

n = 16d̄ = −8,3sd = 3,399%t(15) = 2,947
limite superiore = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 39, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,590%

La deviazione standard della popolazione è 39. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 90 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 2,5?

σ = 39E = 2,590%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−1,961,96z = ?

Due linee di produzione fabbricano lo stesso pezzo. Linea 1: un campione di 40 pezzi ha lunghezza media 122 mm, e la deviazione standard nota della linea è 18 mm. Linea 2: un campione di 60 pezzi ha media 114,5 mm, deviazione standard nota 12 mm. Trova la statistica test z per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (linea 1 meno linea 2).

n₁ = 40x̄₁ = 122 mmσ₁ = 18 mmn₂ = 60x̄₂ = 114,5 mmσ₂ = 12 mm
z =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 4, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 190%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 90 % 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 = 190%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy2541261782610291237xy51010203040

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 6
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy2104206268341041xy51010203040ŷ = 38

La tabella riporta 5 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 = 38?

n = 5ŷ = 38
x =
15.Test chi quadratoMedia
sìnoTotaleuomini4575120donne2793120Totale72168240

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 = 2402 × 2
χ² =
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

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento verifica se le frequenze in 4 categorie seguono una distribuzione di Poisson la cui media è stimata dagli stessi dati. Usando la tabella, trova il valore critico χ²crit al livello di significatività α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · La procedura usata produce intervalli che contengono la vera media nel 95% dei casi

Perché è questa la risposta

Un IC al 95% fornisce un intervallo di valori plausibili per il parametro della popolazione. Intervalli più stretti, ottenuti con campioni più grandi, indicano stime più precise.

Risposta

B · La procedura usata produce intervalli che contengono la vera media nel 95% dei casi
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · La restrizione del campo di variazione

Perché è questa la risposta

Quando un campione copre solo un intervallo ristretto di una variabile, le correlazioni che la coinvolgono si riducono. I giocatori di pallacanestro sono tutti alti, quindi la statura varia poco.

Risposta

A · La restrizione del campo di variazione
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,85

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 = 174/5 = 34,8

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 14,2² + (−1,8)² + 18,2² + (−14,8)² + (−15,8)² = 1005

Deviazione standard

s = √(1005/4) = 15,85

Risposta

s = 15,85
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,02275

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 = −2

Tavola della normale standard

Φ(−2) = 0,02275
P = 0,02275

Risposta

P = 0,02275
5.Probabilità

Risposta: σ = 1,64

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 + 1·0,1 + 2·0,1 + 3·0,2 + 4·0,25 = 1,9

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,1 + 4·0,1 + 9·0,2 + 16·0,25 = 6,3

Varianza

Var(X) = 6,3 − 1,9² = 2,69
σ = √2,69 = 1,64

Risposta

σ = 1,64
6.Probabilità

Risposta: P = 0,2592

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 = 1) = 5·0,41·0,64 = 5·0,4·0,1296 = 0,2592

Risposta

P = 0,2592
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,7881

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 = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s

Standardizza

z = (99,9 − 105)/6,403 = −0,8

Coda superiore

P = 1 − Φ(−0,8) = 1 − 0,2119 = 0,7881

Risposta

P = 0,7881
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 24,31 min

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) = 0,1 → z = −1,282

Ritorno a x

x = 32 + −1,282·6 = 24,31 min

Risposta

x = 24,31 min
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = −5,869 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 = 2,947·3,3/√16 = 2,431

Intervallo

−8,3 ± 2,431 → [−10,73, −5,869]

Risposta

limite superiore = −5,869 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 659

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 = (1,645·39/2,5)² = 658,5

Arrotonda per eccesso

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

n = 659

Risposta

n = 659
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = 2,315

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.

Errore standard della differenza

SE = √(18²/40 + 12²/60) = √10,5 = 3,24

Statistica test

z = (122 − 114,5)/3,24 = 2,315

Risposta

z = 2,315

|z| > 1,96, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 44

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 = (1,645·4/1)² = 43,3

Arrotonda per eccesso

n = 44

Risposta

n = 44
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9906

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 = 126/6 = 21

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 220
Syy = Σ(y − ȳ)² = 698

Coefficiente di determinazione

r² = 220²/(70·698) = 0,9906

Risposta

r² = 0,9906

Circa il 99,06% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 9,105

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 = 30/5 = 6
ȳ = 131/5 = 26,2

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 152

Retta di regressione

b = 152/40 = 3,8
a = 26,2 − 3,8·6 = 3,4
ŷ = 3,4 + 3,8·x

Risolvi per x

x = (38 − 3,4)/3,8 = 9,105

Risposta

x = 9,105
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 6,429

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: 120·72/240 = 36, 120·168/240 = 84
donne: 120·72/240 = 36, 120·168/240 = 84

Statistica chi quadrato

χ² = (45 − 36)²/36 + (75 − 84)²/84 + (27 − 36)²/36 + (93 − 84)²/84
χ² = 6,429

Risposta

χ² = 6,429

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 5,991

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 = 4 − 1 − 1 = 2

Tabella

χ²crit(df = 2, α = 0,05) = 5,991

Risposta

χ²crit = 5,991

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

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