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

La validità interna si riferisce a:

  1. ASe i partecipanti hanno trovato lo studio interessante
  2. BSe l'effetto osservato è stato davvero causato dalla VI e non da altri fattori
  3. CSe un test dà gli stessi risultati nel tempo
  4. DSe i risultati si generalizzano oltre lo studio ad altre popolazioni, contesti e momenti
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore vuole dimostrare che una nuova scala d'ansia misura qualcosa di diverso dalla depressione. Correlazioni basse con una scala di depressione sosterrebbero:

  1. ALa validità di facciata
  2. BLa validità predittiva
  3. CLa validità convergente
  4. DLa validità discriminante
3.Statistica descrittivaMedia
1520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 51, 34, 48, 30, 15.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 10. Trova il punteggio z z di un voto pari a 62,5.

μ = 50σ = 10x = 62,5
z =
5.ProbabilitàMedia
n = 11k = 4N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 4 persone da un gruppo di 11? L'ordine non conta.

n = 11k = 4
N =
6.ProbabilitàDifficile
n = 8, p = 0,4: P(X = 3) = ?k012345678

Un test ha 8 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,4, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 3 risposte corrette?

n = 8p = 0,4k = 3
P =
7.Distribuzione normaleMedia
1360 kg1432 kgT = X₁ + … + X₁₆?

Le masse di passeggeri con bagaglio sono indipendenti e normali con media 85 kg e deviazione standard 12 kg. Trova la probabilità P che la massa totale di 16 di essi superi 1432 kg. Arrotonda z a due decimali.

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 16> 1432 kg
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
0,03 mm0D − d?

I diametri D dei fori sono normali con media 25,03 mm e deviazione standard 0,01 mm. I diametri d degli alberi sono indipendenti e normali con media 25 mm e deviazione standard 0,02 mm. Un albero scelto a caso si accoppia quando D − d > 0. Trova la probabilità P che si accoppi. Arrotonda z a due decimali.

foro: μ = 25,03 mm, σ = 0,01 mmalbero: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
x̄E₁ = 3,895%, n = 50x̄E₂ = ?99%, n = 50

Un intervallo di confidenza al 95% per una media, basato su 50 osservazioni e σ nota, ha un margine di errore di 3,8. Qual è il margine di errore E₂ di un intervallo al 99% calcolato dagli stessi dati?

95%n₁ = 50E₁ = 3,899%
E₂ =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
n = 10σ = ?Us = 1295%

I diametri di 10 alberi lavorati alla macchina hanno una deviazione standard campionaria di 12 µm. Supponendo che i diametri siano distribuiti normalmente, trova il limite inferiore σ dell’intervallo di confidenza al 95% per la deviazione standard della popolazione. Con df = 9, il 2,5% della distribuzione χ² si trova sotto 2,7 e il 2,5% sopra 19,023.

n = 10s = 12 µmχ² = 2,7, 19,023
σ = µm
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,98401,984

Un campione di 100 studenti ha un punteggio medio di 121,7 e una deviazione standard campionaria di 10. Trova la statistica test t per H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 121,7s = 10n = 100
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,9601,96

Un campione di 25 misure ha media 488. La deviazione standard della popolazione è 20. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 95 % per la media.

x̄ = 488σ = 20n = 2595%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy1757197221822392259127109xy20256080100

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy145352567781910111114xy51050100x = 2

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (2, 43). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 6(2, 43)
e =
15.Test chi quadratoMedia
miglioratinon miglioratiTotalenuovo farmaco4357100placebo4575120Totale88132220

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 = 2202 × 2
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
sìnoTotalestabilimento A3862100stabilimento B122840stabilimento C221840Totale72108180dfα = 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 = 0,05 se le due variabili sono indipendenti (senza correzione di continuità). Calcola la statistica test χ², poi confrontala con il valore critico della tabella.

N = 1803 × 2α = 0,05
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Se l'effetto osservato è stato davvero causato dalla VI e non da altri fattori

Perché è questa la risposta

Un'elevata validità interna significa che le spiegazioni alternative, come fattori confondenti, caratteristiche della richiesta o distorsione dello sperimentatore, sono state escluse. La validità esterna riguarda la generalizzazione.

Risposta

B · Se l'effetto osservato è stato davvero causato dalla VI e non da altri fattori
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · La validità discriminante

Perché è questa la risposta

La validità discriminante (divergente) si dimostra quando una misura correla debolmente con misure di costrutti diversi. La validità convergente è un'elevata correlazione con misure dello stesso costrutto.

Risposta

D · La validità discriminante
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 14,57

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 = 178/5 = 35,6

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 15,4² + (−1,6)² + 12,4² + (−5,6)² + (−20,6)² = 849,2

Deviazione standard

s = √(849,2/4) = 14,57

Risposta

s = 14,57
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 1,25

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 = (62,5 − 50)/10 = 1,25

Risposta

z = 1,25
5.Probabilità

Risposta: N = 330

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.

Combinazioni

C(11, 4) = (11·10·9·8)/(4·3·2·1) = 330

Risposta

N = 330
6.Probabilità

Risposta: P = 0,2787

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 = 3) = 56·0,43·0,65 = 56·0,064·0,07776 = 0,2787

Risposta

P = 0,2787
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,06681

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 = 1360 kg, σT = 12·√16 = 48 kg

Standardizza

z = (1432 − 1360)/48 = 1,5

Probabilità

P = 1 − Φ(1,5) = 0,06681

Risposta

P = 0,06681
8.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,9099

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 della differenza

μ = 25,03 − 25 = 0,03 mm, σ = 0,02236 mm

Standardizza

z = (0 − 0,03)/0,02236 = −1,34

Probabilità

P = 1 − Φ(−1,34) = 0,9099

Risposta

P = 0,9099
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E₂ = 4,994

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Rapporto dei margini

E₂/E₁ = (2,576/1,96)·√(50/50) = 1,314

Nuovo margine

E₂ = 3,8·1,314 = 4,994

Risposta

E₂ = 4,994
10.Intervalli di confidenza

Risposta: σ = 8,254 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 = 9·12² = 1296

Limiti per σ²

1296/19,023 = 68,13
1296/2,7 = 480

Limite per σ

σ = √68,13 = 8,254 µm

Risposta

σ = 8,254 µm

Intervallo al 95% per σ: [8,254, 21,91] µm.

11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 1,7

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 = 10/√100 = 10/10 = 1

Statistica test

t = (121,7 − 120)/1 = 1,7

Risposta

t = 1,7
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| < 1.984, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 495,8

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 = 1,96·20/√25 = 7,84

Limite dell'intervallo

U = 488 + 7,84 = 495,8

Risposta

U = 495,8
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9726

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 = 132/6 = 22
ȳ = 503/6 = 83,83

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 327
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1615

Coefficiente di correlazione

r = 327/√(70·1615) = 0,9726

Risposta

r = 0,9726
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = −4,752

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 = 460/6 = 76,67

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 506

Retta di regressione

b = 506/70 = 7,229
a = 76,67 − 7,229·6 = 33,3
ŷ = 33,3 + 7,229·x

Valore previsto

ŷ = 33,3 + 7,229·2 = 47,75

Residuo

e = 43 − 47,75 = −4,752

Risposta

e = −4,752

Il punto si trova sotto la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 0,6875

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

nuovo farmaco: 100·88/220 = 40, 100·132/220 = 60
placebo: 120·88/220 = 48, 120·132/220 = 72

Statistica chi quadrato

χ² = (43 − 40)²/40 + (57 − 60)²/60 + (45 − 48)²/48 + (75 − 72)²/72
χ² = 0,6875

Risposta

χ² = 0,6875

gl = 1. Con α = 0,05 il valore critico è 3,841, quindi H₀ (indipendenza) non viene rifiutata.

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 5,583

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

stabilimento A: 40, 60
stabilimento B: 16, 24
stabilimento C: 16, 24

Statistica chi quadrato

χ² = (38 − 40)²/40 + (62 − 60)²/60 + (12 − 16)²/16 + (28 − 24)²/24 + (22 − 16)²/16 + (18 − 24)²/24
χ² = 5,583

Decisione

df = 2, χ²crit = 5,991
5,583 < 5,991

Risposta

χ² = 5,583

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

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