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

Perché in un'osservazione le categorie di comportamento vengono operazionalizzate prima della raccolta dei dati?

  1. APerché i partecipanti sappiano esattamente che cosa viene registrato
  2. BPerché l'osservazione diventi un esperimento
  3. CPerché l'ipotesi si possa modificare dopo aver visto i dati
  4. DPerché gli osservatori registrino gli stessi comportamenti in modo coerente, migliorando l'attendibilità
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Aumentare la dimensione del campione in uno studio, nel modo più diretto:

  1. AGarantisce un risultato statisticamente significativo se esiste un effetto qualsiasi
  2. BAumenta la dimensione dell'effetto
  3. CAumenta la potenza statistica nel rilevare un effetto reale
  4. DElimina ogni distorsione dal campione
3.Statistica descrittivaMedia
20253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 53, 16, 23, 50, 18.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 15. Trova il punteggio z z di un voto pari a 80.

μ = 50σ = 15x = 80
z =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,3510,320,35μ = 1

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

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,3, 0,35
σ =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)00,3510,3520,3μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 3X + 20. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3Y = 3X + 20
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,9684

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,9684. Trova z con due decimali.

A = 0,9684
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
557085100115130145puntiin basso 70%

I valori di i punteggi del QI sono distribuiti normalmente con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Trascina la soglia in modo che il 70% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 100 puntiσ = 15 punti70%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 15, s = 20LU = ?x̄ = 76E90%

Un campione di 15 elementi ha media 76 e deviazione standard s = 20. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 15x̄ = 76s = 2090%t(14) = 1,761
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 19, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

La deviazione standard della popolazione è 19. 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 = 19E = 2,595%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,0452,045t = ?df = 29

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 14 studenti, punteggio medio 117, deviazione standard 2. Gruppo 2: 17 studenti, punteggio medio 114,4, deviazione standard 12. 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 = 14x̄₁ = 117s₁ = 2n₂ = 17x̄₂ = 114,4s₂ = 12
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
−1,961,96z = ?

In una sperimentazione, 60 pazienti su 100 con il trattamento A guariscono, e 130 su 200 con il trattamento B. Usando la proporzione combinata, trova la statistica test z per H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 60n₁ = 100x₂ = 130n₂ = 200
z =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy22543264083710441246xy5103040

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 6
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy333438544646749847xy46835404550x = 7,5

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. Si effettua una nuova osservazione (7,5, 45). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 6(7,5, 45)
e =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno422639107turno di notte25351474Totale676153181

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

totale di riga = 107totale di colonna = 67N = 181
E =
16.Test chi quadratoDifficile

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

2 × 2
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Perché gli osservatori registrino gli stessi comportamenti in modo coerente, migliorando l'attendibilità

Perché è questa la risposta

Categorie chiare e osservabili (per esempio «colpisce a mano aperta») riducono il giudizio soggettivo e aumentano l'attendibilità tra osservatori.

Risposta

D · Perché gli osservatori registrino gli stessi comportamenti in modo coerente, migliorando l'attendibilità
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Aumenta la potenza statistica nel rilevare un effetto reale

Perché è questa la risposta

Campioni più grandi riducono l'errore standard e aumentano la potenza. Non cambiano la vera dimensione dell'effetto né eliminano le distorsioni sistematiche.

Risposta

C · Aumenta la potenza statistica nel rilevare un effetto reale
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 18,01

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 = 160/5 = 32

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 21² + (−16)² + (−9)² + 18² + (−14)² = 1298

Deviazione standard

s = √(1298/4) = 18,01

Risposta

s = 18,01
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 2

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 = (80 − 50)/15 = 2

Risposta

z = 2
5.Probabilità

Risposta: σ = 0,8367

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 + 1·0,3 + 2·0,35 = 1

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,3 + 4·0,35 = 1,7

Varianza

Var(X) = 1,7 − 1² = 0,7
σ = √0,7 = 0,8367

Risposta

σ = 0,8367
6.Probabilità

Risposta: σY = 2,414

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.

Dispersione di X

μ = 0,95, Var(X) = 0,6475, σX = 0,8047

Trasformazione lineare

σY = |3|·0,8047 = 2,414

Risposta

σY = 2,414

La media invece si sposta: E(Y) = 3·0,95 + 20 = 22,85.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 2,15

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 di z

Φ(z) = (1 + 0,9684)/2 = 0,9842

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9842 dentro la tabella e leggi z.

z = 2,15

Risposta

z = 2,15
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 107,8 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) = 0,7

z dalla tabella

z ≈ 0,52

Di nuovo nelle unità originali

x = 100 + 0,52·15 = 107,8 punti

Risposta

x = 107,8 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 85,09

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 = 14, t = 1,761

Margine di errore

E = 1,761·20/√15 = 9,094

Intervallo

76 ± 9,094 → [66,91, 85,09]

Risposta

limite superiore = 85,09
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 222

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 = (1,96·19/2,5)² = 221,9

Arrotonda per eccesso

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

n = 222

Risposta

n = 222
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 0,7993

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 = (13·2² + 16·12²)/29 = 81,24
sp = 9,013

Errore standard

SE = 9,013·√(1/14 + 1/17) = 3,253

Statistica test

t = (117 − 114,4)/3,253 = 0,7993

Risposta

t = 0,7993

Con df = 29, il valore critico bilaterale al 5% è 2,045; |t| è minore, quindi H₀ non viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = −0,8472

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.

Proporzioni campionarie

p̂₁ = 60/100 = 0,6
p̂₂ = 130/200 = 0,65
p̂ = 190/300 = 0,6333

Errore standard sotto H₀

SE = √(0,6333·0,3667·(1/100 + 1/200)) = 0,05902

Statistica test

z = (0,6 − 0,65)/0,05902 = −0,8472

Risposta

z = −0,8472

|z| < 1.96, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,8852

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 = 224/6 = 37,33

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 138
Syy = Σ(y − ȳ)² = 307,3

Coefficiente di determinazione

r² = 138²/(70·307,3) = 0,8852

Risposta

r² = 0,8852

Circa il 88,52% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = −3,833

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 = 33/6 = 5,5
ȳ = 257/6 = 42,83

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 52,5

Retta di regressione

b = 52,5/17,5 = 3
a = 42,83 − 3·5,5 = 26,33
ŷ = 26,33 + 3·x

Valore previsto

ŷ = 26,33 + 3·7,5 = 48,83

Residuo

e = 45 − 48,83 = −3,833

Risposta

e = −3,833

Il punto si trova sotto la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: E = 39,61

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 = 107·67/181 = 39,61

Risposta

E = 39,61
16.Test chi quadrato

Risposta: df = 1

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)·(2 − 1) = 1

Risposta

df = 1

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