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 un'analisi del contenuto, l'attendibilità tra valutatori si verifica:

  1. AFacendo codificare lo stesso materiale a due ricercatori e confrontando i risultati
  2. BChiedendo ai partecipanti, in un secondo momento, se la codifica del loro materiale da parte del ricercatore è corretta
  3. CCodificando il materiale due volte nello stesso giorno
  4. DUsando un campione più grande di materiali
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Perché molti ricercatori sostengono che i valori p dovrebbero essere riportati insieme alle dimensioni dell'effetto e agli intervalli di confidenza?

  1. AGli intervalli di confidenza servono solo nella ricerca qualitativa
  2. BLe dimensioni dell'effetto rendono la numerosità del campione irrilevante per la significatività
  3. CI valori p indicano la probabilità che l'ipotesi sia vera
  4. DUn valore p non indica quanto sia grande o precisa la stima dell'effetto
3.Statistica descrittivaMedia
152025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 56, 52, 41, 14, 12, 53.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 50. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 575?

μ = 500σ = 50x = 575
P =
5.ProbabilitàMedia
P(almeno un sei) = ??1?2?3?4?5?6P(sei) = 1/6 a ogni lancio

Si lancia un dado equo 6 volte. Qual è la probabilità P di ottenere almeno un sei?

n = 6
P =
6.ProbabilitàDifficile
n = 11, p = 0,2: P(X = 2) = ?k01234567891011

Un test ha 11 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,2, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 2 risposte corrette?

n = 11p = 0,2k = 2
P =
7.Distribuzione normaleMedia
144 kg146,8 kgT = X₁ + … + X₁₂?

Le masse di scatole sono indipendenti e normali con media 12 kg e deviazione standard 0,8 kg. Trova la probabilità P che la massa totale di 12 di essi superi 146,8 kg. Arrotonda z a due decimali.

μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 12> 146,8 kg
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
380420460500540580620hin basso 25%

I valori di le durate delle batterie sono distribuiti normalmente con media 500 h e deviazione standard 40 h. Trascina la soglia in modo che il 25% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 500 hσ = 40 h25%
x = h
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 10, sd​ = 2,90L = ?Ud̄ = −1,2E90%

La pressione arteriosa di 10 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media −1,2 e deviazione standard 2,9. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 90% per la differenza media.

n = 10d̄ = −1,2sd = 2,990%t(9) = 1,833
limite inferiore = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 15, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 190%

La deviazione standard della popolazione è 15. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 90 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 1?

σ = 15E = 190%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,0452,045t = ?df = 29

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 13 studenti, punteggio medio 82, deviazione standard 12. Gruppo 2: 18 studenti, punteggio medio 85,1, 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 = 13x̄₁ = 82s₁ = 12n₂ = 18x̄₂ = 85,1s₂ = 12
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 100 contro H₁: μ < 100 viene eseguito con α = 0.05 su un campione di 36; la deviazione standard è nota e vale 3. In realtà la media è 99.25. Trova la probabilità di un errore di secondo tipo β in percentuale.

μ₀ = 100μ = 99,25σ = 3n = 36α = 0,05
β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy139351554767975xy54060

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di determinazione r² della retta dei minimi quadrati.

n = 5
r² =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy16941911522131251442816231182xy15202530100150ŷ = 121

La tabella riporta 6 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 = 121?

n = 6ŷ = 121
x =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti15372880personale9274480Totale246472160

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 = 1602 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
promossobocciatoTotalelinea 1312960linea 2235780linea 3263460Totale80120200dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

La tabella riporta le frequenze osservate. Verifica con α = 0,01 se le due variabili sono indipendenti (senza correzione di continuità). Calcola la statistica test χ², poi confrontala con il valore critico della tabella.

N = 2003 × 2α = 0,01
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Facendo codificare lo stesso materiale a due ricercatori e confrontando i risultati

Perché è questa la risposta

Se codificatori indipendenti producono codici simili per gli stessi dati (accordo o correlazione elevati), lo schema di codifica è attendibile.

Risposta

A · Facendo codificare lo stesso materiale a due ricercatori e confrontando i risultati
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Un valore p non indica quanto sia grande o precisa la stima dell'effetto

Perché è questa la risposta

Un valore p dipende molto dalla numerosità del campione e indica solo quanto i dati siano sorprendenti sotto l'ipotesi nulla. Le dimensioni dell'effetto mostrano la grandezza e gli intervalli la precisione.

Risposta

D · Un valore p non indica quanto sia grande o precisa la stima dell'effetto
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 20,03

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 = 228/6 = 38

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 18² + 14² + 3² + (−24)² + (−26)² + 15² = 2006

Deviazione standard

s = √(2006/5) = 20,03

Risposta

s = 20,03
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,9332

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 = 0,9332

Risposta

P = 0,9332
5.Probabilità

Risposta: P = 0,6651

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)6 = 0,3349
P = 1 − 0,3349 = 0,6651

Risposta

P = 0,6651
6.Probabilità

Risposta: P = 0,2953

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 = 2) = 55·0,22·0,89 = 55·0,04·0,1342 = 0,2953

Risposta

P = 0,2953
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,1562

Somme e differenze di variabili normali: se X e Y sono indipendenti e normali, anche X + Y e X − Y sono normali. Le medie si sommano o si sottraggono: E(X ± Y) = μX ± μY. Le varianze si sommano sempre, anche per una differenza: Var(X ± Y) = σX² + σY², quindi σ = √(σX² + σY²). Le deviazioni standard non si sommano mai direttamente. Il totale di n elementi indipendenti con la stessa distribuzione ha media n·μ e deviazione standard σ·√n. Poi standardizza come al solito: z = (x − media)/σ e leggi Φ(z).

Distribuzione del totale

μT = 144 kg, σT = 0,8·√12 = 2,771 kg

Standardizza

z = (146,8 − 144)/2,771 = 1,01

Probabilità

P = 1 − Φ(1,01) = 0,1562

Risposta

P = 0,1562
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 473 h

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) = 0,25

z dalla tabella

z ≈ −0,67

Di nuovo nelle unità originali

x = 500 − 0,67·40 = 473 h

Risposta

x = 473 h
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = −2,881 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 = 9, t = 1,833

Margine di errore

E = 1,833·2,9/√10 = 1,681

Intervallo

−1,2 ± 1,681 → [−2,881, 0,481]

Risposta

limite inferiore = −2,881 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 609

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 = (1,645·15/1)² = 608,9

Arrotonda per eccesso

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

n = 609

Risposta

n = 609
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −0,7098

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 = (12·12² + 17·12²)/29 = 144
sp = 12

Errore standard

SE = 12·√(1/13 + 1/18) = 4,368

Statistica test

t = (82 − 85,1)/4,368 = −0,7098

Risposta

t = −0,7098

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: β = 55,76 %

Potenza di un test: la potenza = 1 − β è la probabilità di rifiutare H₀ quando è falsa. Trova la soglia x̄c da μ₀ e z_α, poi calcola la probabilità di cadere oltre x̄c usando la media vera: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Media campionaria critica

SE = 3/√36 = 0,5
x̄c = 100 − 1,645·0,5 = 99,18

z sotto la media vera

z = (99,18 − 99,25)/0,5 = −0,145

Errore di secondo tipo

potenza = P(Z < −0.145) = 44.24%
β = 100% − 44,24% = 55,76%

Risposta

β = 55,76%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r² = 0,9768

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 = 25/5 = 5
ȳ = 286/5 = 57,2

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 176
Syy = Σ(y − ȳ)² = 792,8

Coefficiente di determinazione

r² = 176²/(40·792,8) = 0,9768

Risposta

r² = 0,9768

Circa il 97,68% della variabilità di y è spiegato dalla retta.

14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 20,49

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 = 141/6 = 23,5
ȳ = 828/6 = 138

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 891

Retta di regressione

b = 891/157,5 = 5,657
a = 138 − 5,657·23,5 = 5,057
ŷ = 5,057 + 5,657·x

Risolvi per x

x = (121 − 5,057)/5,657 = 20,49

Risposta

x = 20,49
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 6,618

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: 80·24/160 = 12, 80·64/160 = 32, 80·72/160 = 36
personale: 80·24/160 = 12, 80·64/160 = 32, 80·72/160 = 36

Statistica chi quadrato

χ² = (15 − 12)²/12 + (37 − 32)²/32 + (28 − 36)²/36 + (9 − 12)²/12 + (27 − 32)²/32 + (44 − 36)²/36
χ² = 6,618

Risposta

χ² = 6,618

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 7,899

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

linea 1: 24, 36
linea 2: 32, 48
linea 3: 24, 36

Statistica chi quadrato

χ² = (31 − 24)²/24 + (29 − 36)²/36 + (23 − 32)²/32 + (57 − 48)²/48 + (26 − 24)²/24 + (34 − 36)²/36
χ² = 7,899

Decisione

df = 2, χ²crit = 9,210
7,899 < 9,210

Risposta

χ² = 7,899

χ² è sotto il valore critico, quindi H₀ non viene rifiutata: non c’è evidenza significativa di un’associazione.

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