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

In una distribuzione con asimmetria positiva, come quella del reddito:

  1. ALa media è minore della mediana
  2. BMedia e mediana sono sempre uguali
  3. CNon ci sono punteggi estremi
  4. DLa media è maggiore della mediana
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Negli studi di Milgram sull'obbedienza, i partecipanti credevano di somministrare vere scosse elettriche. Quale problema etico viene sollevato più direttamente, e come fu in parte affrontato?

  1. AInganno e possibile sofferenza, affrontati con un debriefing approfondito
  2. BMancanza di riservatezza, affrontata pubblicando i nomi
  3. CMancanza di un gruppo di controllo, affrontata assegnando casualmente i partecipanti alle condizioni
  4. DUso di bambini, affrontato con il consenso dei genitori
3.Statistica descrittivaMedia
1520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 22, 53, 49, 13, 43, 25.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 5. Quale proporzione P dei valori è superiore a 57,5?

μ = 50σ = 5x = 57,5
P =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 5blu: 5

Un sacchetto contiene 5 palline rosse e 5 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

5 / 5
P =
6.ProbabilitàDifficile
n = 12, p = 0,3: P(X = 5) = ?k0123456789101112

Un test ha 12 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,3, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 5 risposte corrette?

n = 12p = 0,3k = 5
P =
7.Distribuzione normaleMedia
60,585,5P = ?

Supponi che i voti di un esame abbiano una distribuzione normale con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Quale frazione è compresa tra 60,5 e 85,5 punti? Dai P come numero decimale.

μ = 65σ = 10x1 = 60,5x2 = 85,5
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
557085100115130145puntiin basso 95%

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 95% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 100 puntiσ = 15 punti95%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 10, s = 1,5LUx̄ = 83E = ?95%

Un campione di 10 elementi ha media 83 e deviazione standard s = 1,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il margine di errore E di un intervallo di confidenza al 95 % per la media.

n = 10x̄ = 83s = 1,595%t(9) = 2,262
E =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 26, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

La deviazione standard della popolazione è 26. 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 = 26E = 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 30 pezzi ha lunghezza media 119,5 mm, e la deviazione standard nota della linea è 5 mm. Linea 2: un campione di 80 pezzi ha media 116,6 mm, deviazione standard nota 5 mm. Trova la statistica test z per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (linea 1 meno linea 2).

n₁ = 30x̄₁ = 119,5 mmσ₁ = 5 mmn₂ = 80x̄₂ = 116,6 mmσ₂ = 5 mm
z =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 4, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 95 % per una media abbia un margine di errore di al massimo 2,5? La deviazione standard è 4. Trova la dimensione minima del campione n.

σ = 4E = 2,595%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy15551752196121742390xy15206080

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 5
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy125223324419516xy242025ŷ = 18

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 18?

n = 5ŷ = 18
x =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti334429106personale36253495Totale696963201

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

totale di riga = 95totale di colonna = 63N = 201
E =
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 5 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 = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · La media è maggiore della mediana

Perché è questa la risposta

Pochi valori molto alti nella coda destra portano la media sopra la mediana, ed è per questo che per i dati asimmetrici si riporta spesso la mediana.

Risposta

D · La media è maggiore della mediana
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Inganno e possibile sofferenza, affrontati con un debriefing approfondito

Perché è questa la risposta

I partecipanti furono ingannati sulle scosse e molti mostrarono un forte stress. Milgram fece il debriefing ai partecipanti, che incontrarono l'«allievo»; un'indagine successiva trovò che la maggior parte era contenta di aver partecipato, ma l'etica dello studio resta discussa.

Risposta

A · Inganno e possibile sofferenza, affrontati con un debriefing approfondito
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 16,33

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 = 205/6 = 34,17

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−12,17)² + 18,83² + 14,83² + (−21,17)² + 8,833² + (−9,167)² = 1333

Deviazione standard

s = √(1333/5) = 16,33

Risposta

s = 16,33
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,06681

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 = 1,5

Tavola della normale standard

Φ(1,5) = 0,9332
P = 1 − 0,9332 = 0,06681

Risposta

P = 0,06681
5.Probabilità

Risposta: P = 0,2222

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.

Prima e seconda estrazione

P = 5/10 · 4/9 = 20/90 = 0,2222

Risposta

P = 0,2222
6.Probabilità

Risposta: P = 0,1585

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 = 5) = 792·0,35·0,77 = 792·0,00243·0,08235 = 0,1585

Risposta

P = 0,1585
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,6535

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 = (60,5 − 65)/10 = −0,45
z₂ = (85,5 − 65)/10 = 2,05

Area compresa

P = Φ(2,05) − Φ(−0,45) = 0,9798 − 0,3264 = 0,6535

Risposta

P = 0,6535
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 124,6 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) = 0,95

z dalla tabella

z ≈ 1,64

Di nuovo nelle unità originali

x = 100 + 1,64·15 = 124,6 punti

Risposta

x = 124,6 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 1,073

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 = 9, t = 2,262

Margine di errore

E = 2,262·1,5/√10 = 1,073

Risposta

E = 1,073
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 281

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 = (2,576·26/4)² = 280,4

Arrotonda per eccesso

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

n = 281

Risposta

n = 281
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = 2,709

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 = √(5²/30 + 5²/80) = √1,146 = 1,07

Statistica test

z = (119,5 − 116,6)/1,07 = 2,709

Risposta

z = 2,709

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

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 10

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 = (1,96·4/2,5)² = 9,834

Arrotonda per eccesso

n = 10

Risposta

n = 10
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,8626

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 = 95/5 = 19
ȳ = 332/5 = 66,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 184
Syy = Σ(y − ȳ)² = 981,2

Coefficiente di determinazione

r² = 184²/(40·981,2) = 0,8626

Risposta

r² = 0,8626

Circa il 86,26% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 4,545

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 = 107/5 = 21,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

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

Retta di regressione

b = −22/10 = −2,2
a = 21,4 − (−2,2)·3 = 28
ŷ = 28 − 2,2·x

Risolvi per x

x = (18 − 28)/(−2,2) = 4,545

Risposta

x = 4,545
15.Test chi quadrato

Risposta: E = 29,78

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 = 95·63/201 = 29,78

Risposta

E = 29,78
16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 11,35

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 − 1 = 3

Tabella

χ²crit(df = 3, α = 0,01) = 11,345

Risposta

χ²crit = 11,345

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

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