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 disegno a misure ripetute, gli effetti d'ordine possono essere controllati tramite:

  1. AIl campionamento casuale
  2. BSolo un campione più grande
  3. CProcedure in singolo cieco
  4. DIl bilanciamento (counterbalancing)
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Una scala self-report rileva che le persone che concordano con molte affermazioni ottengono punteggi alti indipendentemente dal contenuto. Di quale distorsione di risposta si tratta, e come si può ridurre?

  1. AEffetti d'ordine; bilanciare i partecipanti
  2. BAcquiescenza; includere item formulati al contrario
  3. CCaratteristiche della richiesta; usare un disegno in doppio cieco
  4. DDesiderabilità sociale; usare un campione più grande
3.Statistica descrittivaMedia
25303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 22, 25, 53, 39, 46, 36, 57.

n = 7
s =
4.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 20. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 58?

μ = 50σ = 20x = 58
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)10,3520,330,2540,1μ = 2,1

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

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,3, 0,25, 0,1
σ =
6.ProbabilitàDifficile
n = 12, p = 0,25: P(X = 4) = ?k0123456789101112

Un test ha 12 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,25, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 4 risposte corrette?

n = 12p = 0,25k = 4
P =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,7389

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,7389. Trova z con due decimali.

A = 0,7389
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
380420460500540580620hin alto 40%

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 40% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.

μ = 500 hσ = 40 h40%
x = h
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 25, s = 19LUx̄ = 37,5E = ?95%

Un campione di 25 elementi ha media 37,5 e deviazione standard s = 19. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il margine di errore E di un intervallo di confidenza al 95 % per la media.

n = 25x̄ = 37,5s = 1995%t(24) = 2,064
E =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
n = 16Lσ = ?s = 2,895%

I diametri di 16 alberi lavorati alla macchina hanno una deviazione standard campionaria di 2,8 µm. Supponendo che i diametri siano distribuiti normalmente, trova il limite superiore σ dell’intervallo di confidenza al 95% per la deviazione standard della popolazione. Con df = 15, il 2,5% della distribuzione χ² si trova sotto 6,262 e il 2,5% sopra 27,488.

n = 16s = 2,8 µmχ² = 6,262, 27,488
σ = µm
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,06402,064

Un campione di 25 studenti ha un punteggio medio di 198,6 e una deviazione standard campionaria di 4. Trova la statistica test t per H₀: μ = 200.

μ₀ = 200x̄ = 198,6s = 4n = 25
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −2,57602,576

Un campione di 25 misure ha media 47. La deviazione standard della popolazione è 15. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 99 % per la media.

x̄ = 47σ = 15n = 2599%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy144116511849205922592464xy152025405060

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 6Σx = 114Σy = 323Σx² = 2236Σy² = 17741Σxy = 6286
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy3425497659731171xy51040506070x = 8

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Prevedi ŷ per x = 8.

n = 5x = 8
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno20231760turno di notte1072340Totale303040100

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 = 1002 × 3
χ² =
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 10 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: D · Il bilanciamento (counterbalancing)

Perché è questa la risposta

Il bilanciamento distribuisce in modo uniforme gli effetti di pratica e di affaticamento tra le condizioni.

Risposta

D · Il bilanciamento (counterbalancing)
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Acquiescenza; includere item formulati al contrario

Perché è questa la risposta

L'acquiescenza è la tendenza a concordare con gli item. Mescolando item formulati in senso positivo e negativo, concordare con tutto non produce più un punteggio estremo.

Risposta

B · Acquiescenza; includere item formulati al contrario
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 13,29

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 = 278/7 = 39,71

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−17,71)² + (−14,71)² + 13,29² + (−0,7143)² + 6,286² + (−3,714)² + 17,29² = 1059

Deviazione standard

s = √(1059/6) = 13,29

Risposta

s = 13,29
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: σ = 0,995

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

Media dei quadrati

E(X²) = 1·0,35 + 4·0,3 + 9·0,25 + 16·0,1 = 5,4

Varianza

Var(X) = 5,4 − 2,1² = 0,99
σ = √0,99 = 0,995

Risposta

σ = 0,995
6.Probabilità

Risposta: P = 0,1936

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 = 4) = 495·0,254·0,758 = 495·0,003906·0,1001 = 0,1936

Risposta

P = 0,1936
7.Distribuzione normale

Risposta: z = −0,64

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 − 0,7389 = 0,2611

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,2611 dentro la tabella e leggi z.

z = −0,64

Risposta

z = −0,64
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 510 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) = 0,6

z dalla tabella

z ≈ 0,25

Di nuovo nelle unità originali

x = 500 + 0,25·40 = 510 h

Risposta

x = 510 h
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 7,843

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 = 24, t = 2,064

Margine di errore

E = 2,064·19/√25 = 7,843

Risposta

E = 7,843
10.Intervalli di confidenza

Risposta: σ = 4,334 µm

Intervallo per una varianza: (n − 1)s²/σ² ha una distribuzione χ² con n − 1 gradi di libertà. L’intervallo al 95% per σ² va da (n − 1)s² diviso il valore χ² superiore (2,5% al di sopra) a (n − 1)s² diviso il valore χ² inferiore (2,5% al di sotto); l’intervallo per σ è la radice quadrata di entrambi i limiti. Non è simmetrico rispetto a s.

Somma dei quadrati

(n − 1)s² = 15·2,8² = 117,6

Limiti per σ²

117,6/27,488 = 4,278
117,6/6,262 = 18,78

Limite per σ

σ = √18,78 = 4,334 µm

Risposta

σ = 4,334 µm

Intervallo al 95% per σ: [2,068, 4,334] µm.

11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −1,75

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 = 4/√25 = 4/5 = 0,8

Statistica test

t = (198,6 − 200)/0,8 = −1,75

Risposta

t = −1,75
t0,025; df = 24 = 2,064

|t| < 2.064, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 54,73

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).

Margine di errore

E = 2,576·15/√25 = 7,728

Limite dell'intervallo

U = 47 + 7,728 = 54,73

Risposta

U = 54,73
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9481

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.

Somme centrate

Sxy = 6286 − 114·323/6 = 149
Sxx = 2236 − 114²/6 = 70
Syy = 17741 − 323²/6 = 352,8

Coefficiente di correlazione

r = 149/√(70·352,8) = 0,9481

Risposta

r = 0,9481
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 64,1

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 = 35/5 = 7
ȳ = 300/5 = 60

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 164

Retta di regressione

b = 164/40 = 4,1
a = 60 − 4,1·7 = 31,3
ŷ = 31,3 + 4,1·x

Previsione

ŷ = 31,3 + 4,1·8 = 64,1

Risposta

ŷ = 64,1
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 9,132

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

turno di giorno: 60·30/100 = 18, 60·30/100 = 18, 60·40/100 = 24
turno di notte: 40·30/100 = 12, 40·30/100 = 12, 40·40/100 = 16

Statistica chi quadrato

χ² = (20 − 18)²/18 + (23 − 18)²/18 + (17 − 24)²/24 + (10 − 12)²/12 + (7 − 12)²/12 + (23 − 16)²/16
χ² = 9,132

Risposta

χ² = 9,132

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 21,67

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 = 10 − 1 = 9

Tabella

χ²crit(df = 9, α = 0,01) = 21,666

Risposta

χ²crit = 21,666

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

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