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

Uno studente ottiene 130 in un test con media 100 e deviazione standard 15. Qual è il punteggio z?

  1. A0,5
  2. B2,0
  3. C3,0
  4. D1,5
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore esegue 20 analisi su un insieme di dati e riporta solo quella con p < 0,05. Questa pratica si chiama:

  1. ATriangolazione
  2. BPreregistrazione
  3. CBilanciamento
  4. DP-hacking
3.Statistica descrittivaMedia
3540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 54, 31, 57, 56, 48.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 10. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 64?

μ = 60σ = 10x = 64
P =
5.ProbabilitàMedia
P(almeno un sei) = ??1?2?3?4?5P(sei) = 1/6 a ogni lancio

Si lancia un dado equo 5 volte. Qual è la probabilità P di ottenere almeno un sei?

n = 5
P =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)00,220,340,260,3μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 5X + 4. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,2, 0,3, 0,2, 0,3Y = 5X + 4
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
76,75108,25P = ?

Supponi che i punteggi del QI abbiano una distribuzione normale con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Quale frazione è compresa tra 76,75 e 108,25 punti? Dai P come numero decimale.

μ = 100σ = 15x1 = 76,75x2 = 108,25
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
35455565758595puntiin basso 20%

I valori di i voti di un esame sono distribuiti normalmente con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Trascina la soglia in modo che il 20% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 65 puntiσ = 10 punti20%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 20, s = 19LU = ?x̄ = 57,5E99%

Un campione di 20 elementi ha media 57,5 e deviazione standard s = 19. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 99 % per la media.

n = 20x̄ = 57,5s = 1999%t(19) = 2,861
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 15, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

La deviazione standard della popolazione è 15. 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 2?

σ = 15E = 299%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,13102,131

Un campione di 16 studenti ha un punteggio medio di 496,6 e una deviazione standard campionaria di 15. Trova la statistica test t per H₀: μ = 500.

μ₀ = 500x̄ = 496,6s = 15n = 16
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
σ = 8, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,599%

Quanto deve essere grande un campione perché l'intervallo di confidenza al 99 % per una media abbia un margine di errore di al massimo 0,5? La deviazione standard è 8. Trova la dimensione minima del campione n.

σ = 8E = 0,599%
n =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy1493615637779861192xy5106080

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 6
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy14491663186620742285xy15206080x = 21

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. Si effettua una nuova osservazione (21, 82). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(21, 82)
e =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno22442591turno di notte19301160Totale417436151

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 notte, nessun difetto”.

totale di riga = 60totale di colonna = 41N = 151
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 confronta le frequenze osservate in 4 categorie con proporzioni attese completamente specificate (nessun parametro è stimato dai 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: B · 2,0

Perché è questa la risposta

(130 − 100) / 15 = 2. Il punteggio si trova due deviazioni standard sopra la media, più alto di quello di circa il 97–98% delle persone.

Risposta

B · 2,0
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · P-hacking

Perché è questa la risposta

Il p-hacking sfrutta la flessibilità dell'analisi per ottenere la significatività, portando il tasso di falsi positivi ben al di sopra del 5%. La preregistrazione e la trasparenza nei resoconti lo riducono.

Risposta

D · P-hacking
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 10,76

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 = 246/5 = 49,2

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 4,8² + (−18,2)² + 7,8² + 6,8² + (−1,2)² = 462,8

Deviazione standard

s = √(462,8/4) = 10,76

Risposta

s = 10,76
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,6554

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 = 0,4

Tavola della normale standard

Φ(0,4) = 0,6554
P = 0,6554

Risposta

P = 0,6554
5.Probabilità

Risposta: P = 0,5981

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.

Complementare

P(nessun sei) = (5/6)5 = 0,4019
P = 1 − 0,4019 = 0,5981

Risposta

P = 0,5981
6.Probabilità

Risposta: σY = 11,14

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 = 3,2, Var(X) = 4,96, σX = 2,227

Trasformazione lineare

σY = |5|·2,227 = 11,14

Risposta

σY = 11,14

La media invece si sposta: E(Y) = 5·3,2 + 4 = 20.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,6483

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 = (76,75 − 100)/15 = −1,55
z₂ = (108,25 − 100)/15 = 0,55

Area compresa

P = Φ(0,55) − Φ(−1,55) = 0,7088 − 0,06057 = 0,6483

Risposta

P = 0,6483
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 56,6 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) = 0,2

z dalla tabella

z ≈ −0,84

Di nuovo nelle unità originali

x = 65 − 0,84·10 = 56,6 punti

Risposta

x = 56,6 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 69,66

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 = 2,861·19/√20 = 12,16

Intervallo

57,5 ± 12,16 → [45,34, 69,66]

Risposta

limite superiore = 69,66
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 374

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 = (2,576·15/2)² = 373,3

Arrotonda per eccesso

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

n = 374

Risposta

n = 374
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −0,9067

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).

Errore standard

SE = 15/√16 = 15/4 = 3,75

Statistica test

t = (496,6 − 500)/3,75 = −0,9067

Risposta

t = −0,9067
t0,025; df = 15 = 2,131

|t| < 2.131, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: n = 1699

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 = (2,576·8/0,5)² = 1699

Arrotonda per eccesso

n = 1699

Risposta

n = 1699
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9784

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 = 36/6 = 6
ȳ = 428/6 = 71,33

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 304
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1349

Coefficiente di determinazione

r² = 304²/(70·1349) = 0,9784

Risposta

r² = 0,9784

Circa il 97,84% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 2,15

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 = 90/5 = 18
ȳ = 337/5 = 67,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 166

Retta di regressione

b = 166/40 = 4,15
a = 67,4 − 4,15·18 = −7,3
ŷ = −7,3 + 4,15·x

Valore previsto

ŷ = −7,3 + 4,15·21 = 79,85

Residuo

e = 82 − 79,85 = 2,15

Risposta

e = 2,15

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: E = 16,29

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 = 60·41/151 = 16,29

Risposta

E = 16,29
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 = 4 − 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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