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 predittiva
  2. BValidità concorrente
  3. CValidità di contenuto
  4. DValidità di facciata
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Le misure della dimensione dell'effetto come la d di Cohen vengono riportate perché:

  1. AMostrano quanto è grande un effetto, indipendentemente dalla dimensione del campione
  2. BIndicano quanti partecipanti hanno abbandonato
  3. CMostrano se il risultato è statisticamente significativo al livello alfa scelto
  4. DEliminano la necessità di qualsiasi ipotesi
3.Statistica descrittivaMedia
1520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 51, 28, 12, 37, 38, 37.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 75. Trova il punteggio z z di un voto pari a 545.

μ = 500σ = 75x = 545
z =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,2520,140,3560,3μ = 3,4

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

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,25, 0,1, 0,35, 0,3
σ =
6.ProbabilitàDifficile
n = 8, p = 0,7: P(X ≤ 1) = ?k012345678

Si collaudano 8 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,7, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?

n = 8p = 0,7
P =
7.Distribuzione normaleMedia
85115,75P = ?

Supponi che i punteggi del QI abbiano una distribuzione normale con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Quale frazione è compresa tra 85 e 115,75 punti? Dai P come numero decimale.

μ = 100σ = 15x1 = 85x2 = 115,75
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
235240245250255260265gin basso 95%

I valori di i pesi dei sacchetti sono distribuiti normalmente con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trascina la soglia in modo che il 95% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 250 gσ = 5 g95%
x = g
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 20, s = 11L = ?Ux̄ = 46E99%

Un campione di 20 elementi ha media 46 e deviazione standard s = 11. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 99 % per la media.

n = 20x̄ = 46s = 1199%t(19) = 2,861
limite inferiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
μ₁ − μ₂, t(12) = 3,0550L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Si provano due fertilizzanti. Gruppo di parcelle 1: 5 parcelle, resa media 67,5 kg, deviazione standard 7 kg. Gruppo di parcelle 2: 9 parcelle, media 56 kg, deviazione standard 7 kg. Supponi varianze uguali (t combinato, df = n₁ + n₂ − 2). Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 99% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 5x̄₁ = 67,5s₁ = 7n₂ = 9x̄₂ = 56s₂ = 799%t(12) = 3,055
limite inferiore = kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,2282,228t = ?df = 10

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 6 studenti, punteggio medio 53, deviazione standard 5,5. Gruppo 2: 6 studenti, punteggio medio 43,1, 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 = 6x̄₁ = 53s₁ = 5,5n₂ = 6x̄₂ = 43,1s₂ = 11,5
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,590%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 90 % per una media abbia un margine di errore di al massimo 2,5? La deviazione standard è 10. Trova la dimensione minima del campione n.

σ = 10E = 2,590%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy129225325421520xy24202530

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 5
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy14281745205123622673xy1520254060ŷ = 36

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 36?

n = 5ŷ = 36
x =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno7231040turno di notte9131840Totale16362880

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 = 802 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 2 righe e 11 colonne (totali esclusi). Quanti gradi di libertà df ha il test?

2 × 11
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · 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

A · Validità predittiva
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Mostrano quanto è grande un effetto, indipendentemente dalla dimensione del campione

Perché è questa la risposta

Con campioni grandi anche effetti minimi possono essere significativi. Le dimensioni dell'effetto esprimono l'entità di una differenza, ad es. d = 0,2 piccola, 0,5 media, 0,8 grande.

Risposta

A · Mostrano quanto è grande un effetto, indipendentemente dalla dimensione del campione
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 12,98

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 = 203/6 = 33,83

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 17,17² + (−5,833)² + (−21,83)² + 3,167² + 4,167² + 3,167² = 842,8

Deviazione standard

s = √(842,8/5) = 12,98

Risposta

s = 12,98
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 = (545 − 500)/75 = 0,6

Risposta

z = 0,6
5.Probabilità

Risposta: σ = 2,289

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 = 0·0,25 + 2·0,1 + 4·0,35 + 6·0,3 = 3,4

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,25 + 4·0,1 + 16·0,35 + 36·0,3 = 16,8

Varianza

Var(X) = 16,8 − 3,4² = 5,24
σ = √5,24 = 2,289

Risposta

σ = 2,289
6.Probabilità

Risposta: P = 0,00129

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) = 0,38 = 6,561 × 10⁻⁵
P(X = 1) = 8·0,7·0,37 = 0,001225

Sommale

P = 6,561 × 10⁻⁵ + 0,001225 = 0,00129

Risposta

P = 0,00129
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,6945

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 = (85 − 100)/15 = −1
z₂ = (115,75 − 100)/15 = 1,05

Area compresa

P = Φ(1,05) − Φ(−1) = 0,8531 − 0,1587 = 0,6945

Risposta

P = 0,6945
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 258,2 g

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) = 0,95

z dalla tabella

z ≈ 1,64

Di nuovo nelle unità originali

x = 250 + 1,64·5 = 258,2 g

Risposta

x = 258,2 g
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 38,96

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 = 19, t = 2,861

Margine di errore

E = 2,861·11/√20 = 7,037

Intervallo

46 ± 7,037 → [38,96, 53,04]

Risposta

limite inferiore = 38,96
10.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = −0,428 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 = (4·7² + 8·7²)/12 = 49
sp = 7

Margine di errore

E = 3,055·7·√(1/5 + 1/9) = 11,93

Intervallo

11,5 ± 11,93 → [−0,428, 23,43]

Risposta

limite inferiore = −0,428 kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 1,902

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 = (5·5,5² + 5·11,5²)/10 = 81,25
sp = 9,014

Errore standard

SE = 9,014·√(1/6 + 1/6) = 5,204

Statistica test

t = (53 − 43,1)/5,204 = 1,902

Risposta

t = 1,902

Con df = 10, il valore critico bilaterale al 5% è 2,228; |t| è minore, quindi H₀ non viene rifiutata.

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 = (1,645·10/2,5)² = 43,3

Arrotonda per eccesso

n = 44

Risposta

n = 44
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = −0,9648

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 = 15/5 = 3
ȳ = 120/5 = 24

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −22
Syy = Σ(y − ȳ)² = 52

Coefficiente di correlazione

r = −22/√(10·52) = −0,9648

Risposta

r = −0,9648
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 15,57

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 = 100/5 = 20
ȳ = 259/5 = 51,8

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 321

Retta di regressione

b = 321/90 = 3,567
a = 51,8 − 3,567·20 = −19,53
ŷ = −19,53 + 3,567·x

Risolvi per x

x = (36 − (−19,53))/3,567 = 15,57

Risposta

x = 15,57
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 5,313

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

turno di giorno: 40·16/80 = 8, 40·36/80 = 18, 40·28/80 = 14
turno di notte: 40·16/80 = 8, 40·36/80 = 18, 40·28/80 = 14

Statistica chi quadrato

χ² = (7 − 8)²/8 + (23 − 18)²/18 + (10 − 14)²/14 + (9 − 8)²/8 + (13 − 18)²/18 + (18 − 14)²/14
χ² = 5,313

Risposta

χ² = 5,313

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 10

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

Risposta

df = 10

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