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. Br di Pearson
  3. CRho di Spearman
  4. DChi-quadrato
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. ANon c'è alcun problema in questo approccio
  2. BI dati diventano più attendibili ogni volta, quindi l'ultimo test è il più accurato
  3. CLa dimensione dell'effetto diminuisce a ogni test
  4. DLa probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%
3.Statistica descrittivaMedia
38404244464850525456

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 55, 43, 37, 57, 37.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 10. Quale proporzione P dei valori è superiore a 56?

μ = 50σ = 10x = 56
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)10,2520,3530,3540,05μ = 2,2

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

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,25, 0,35, 0,35, 0,05
σ =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)00,2510,320,330,15μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 10X − 3. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,25, 0,3, 0,3, 0,15Y = 10X − 3
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,1190

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,1190. Trova z con due decimali.

A = 0,1190
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 178x = ?25%

Supponi che le altezze degli uomini adulti abbiano una distribuzione normale con media 178 cm e deviazione standard 7 cm. Trova il valore x sotto il quale si trova il 25 % dei dati (il 25° percentile).

μ = 178σ = 7P = 25%
x = cm
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 6, sd​ = 4,50LUd̄ = −8,4E = ?95%

La pressione arteriosa di 6 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media −8,4 e deviazione standard 4,5. Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 95% per la differenza media.

n = 6d̄ = −8,4sd = 4,595%t(5) = 2,571
E = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 28, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

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 4?

σ = 28E = 499%
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 80 pezzi ha lunghezza media 42 mm, e la deviazione standard nota della linea è 7 mm. Linea 2: un campione di 30 pezzi ha media 46,2 mm, deviazione standard nota 13 mm. Trova la statistica test z per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (linea 1 meno linea 2).

n₁ = 80x̄₁ = 42 mmσ₁ = 7 mmn₂ = 30x̄₂ = 46,2 mmσ₂ = 13 mm
z =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 5α = 0,05βσ = 12, potenza 90%, n = ?

Un test z unilaterale con α = 0,05 deve rilevare uno spostamento della media di 5 unità con una potenza del 90%. La deviazione standard è 12. Trova la dimensione minima del campione n.

α = 0,05potenza = 90%δ = 5σ = 12zα = 1,645zβ = 1,282
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy254116188261032xy510102030

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 5
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy2741261782210281231xy510102030x = 5

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. Si effettua una nuova osservazione (5, 19). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 6(5, 19)
e =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti254649120personale20172360Totale456372180

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 = 1802 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento confronta le frequenze osservate in 5 categorie con proporzioni attese completamente specificate (nessun parametro è stimato dai dati). Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 5
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · 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

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

Risposta: D · 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

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

Risposta: s = 9,654

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 = 229/5 = 45,8

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 9,2² + (−2,8)² + (−8,8)² + 11,2² + (−8,8)² = 372,8

Deviazione standard

s = √(372,8/4) = 9,654

Risposta

s = 9,654
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,2743

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 = 0,6

Tavola della normale standard

Φ(0,6) = 0,7257
P = 1 − 0,7257 = 0,2743

Risposta

P = 0,2743
5.Probabilità

Risposta: σ = 0,8718

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 = 1·0,25 + 2·0,35 + 3·0,35 + 4·0,05 = 2,2

Media dei quadrati

E(X²) = 1·0,25 + 4·0,35 + 9·0,35 + 16·0,05 = 5,6

Varianza

Var(X) = 5,6 − 2,2² = 0,76
σ = √0,76 = 0,8718

Risposta

σ = 0,8718
6.Probabilità

Risposta: σY = 10,14

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 = 1,35, Var(X) = 1,028, σX = 1,014

Trasformazione lineare

σY = |10|·1,014 = 10,14

Risposta

σY = 10,14

La media invece si sposta: E(Y) = 10·1,35 − 3 = 10,5.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,18

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 − 0,1190 = 0,8810

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,8810 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,18

Risposta

z = 1,18
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 173,3 cm

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) = 0,25 → z = −0,6745

Ritorno a x

x = 178 + −0,6745·7 = 173,28 cm

Risposta

x = 173,28 cm
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 4,723 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 = 5, t = 2,571

Margine di errore

E = 2,571·4,5/√6 = 4,723

Risposta

E = 4,723 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 326

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 = (2,576·28/4)² = 325,2

Arrotonda per eccesso

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

n = 326

Risposta

n = 326
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = −1,681

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 = √(7²/80 + 13²/30) = √6,246 = 2,499

Statistica test

z = (42 − 46,2)/2,499 = −1,681

Risposta

z = −1,681

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

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 50

Dimensione del campione per un test: per rilevare uno spostamento reale δ con potenza 1 − β in un test z unilaterale al livello α, l’errore standard deve soddisfare δ = (z_α + z_β)·σ/√n, quindi n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², arrotondato per eccesso.

Ricava n

n = ((1,645 + 1,282)·12/5)² = 49,35

Arrotonda per eccesso

n = 50

Risposta

n = 50
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9977

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 = 92/5 = 18,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 138
Syy = Σ(y − ȳ)² = 477,2

Coefficiente di determinazione

r² = 138²/(40·477,2) = 0,9977

Risposta

r² = 0,9977

Circa il 99,77% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 4,443

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 = 117/6 = 19,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 173

Retta di regressione

b = 173/70 = 2,471
a = 19,5 − 2,471·7 = 2,2
ŷ = 2,2 + 2,471·x

Valore previsto

ŷ = 2,2 + 2,471·5 = 14,56

Residuo

e = 19 − 14,56 = 4,443

Risposta

e = 4,443

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 3,705

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

studenti: 120·45/180 = 30, 120·63/180 = 42, 120·72/180 = 48
personale: 60·45/180 = 15, 60·63/180 = 21, 60·72/180 = 24

Statistica chi quadrato

χ² = (25 − 30)²/30 + (46 − 42)²/42 + (49 − 48)²/48 + (20 − 15)²/15 + (17 − 21)²/21 + (23 − 24)²/24
χ² = 3,705

Risposta

χ² = 3,705

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 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.

Gradi di libertà

df = 5 − 1 = 4

Risposta

df = 4

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