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

Quale test non parametrico confronta due campioni appaiati, come punteggi prima e dopo su una scala ordinale?

  1. ATest U di Mann-Whitney
  2. BTest dei ranghi con segno di Wilcoxon
  3. CTest di indipendenza del chi quadrato
  4. DTest t per campioni indipendenti
3.Statistica descrittivaMedia
15202530354045

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 11, 45, 28, 21, 15, 38.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 12. Trova il punteggio z z di un voto pari a 88.

μ = 70σ = 12x = 88
z =
5.ProbabilitàMedia
P(almeno un sei) = ??1?2?3?4P(sei) = 1/6 a ogni lancio

Si lancia un dado equo 4 volte. Qual è la probabilità P di ottenere almeno un sei?

n = 4
P =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−100,75300,24900,05

Giocare a un gioco costa 10 €. Si vincono 40 € con probabilità 0,2 e 500 € con probabilità 0,05; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €10€40: p = 0,2€500: p = 0,05
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
200 mm201 mmX + Y?

X è normale con media 120 mm e deviazione standard 0,3 mm; Y è indipendente e normale con media 80 mm e deviazione standard 0,4 mm. Trova la probabilità P che X + Y sia maggiore di 201 mm. Arrotonda z a due decimali.

μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 201 mm
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 65x = ?95%

Supponi che i voti di un esame abbiano una distribuzione normale con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Trova il valore x sotto il quale si trova il 95 % dei dati (il 95° percentile).

μ = 65σ = 10P = 95%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 20, s = 9L = ?Ux̄ = 30E90%

Un campione di 20 elementi ha media 30 e deviazione standard s = 9. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 20x̄ = 30s = 990%t(19) = 1,729
limite inferiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 9, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,590%

La deviazione standard della popolazione è 9. 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 0,5?

σ = 9E = 0,590%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,5712,571t = ?df = 5

6 dipendenti svolgono un test di dattilografia prima e dopo un corso di formazione. Per ogni persona si registra la differenza d = dopo − prima (parole al minuto). La differenza media è 13,6 e la deviazione standard delle differenze è 11,9. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 6d̄ = 13,6sd = 11,9
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −2,57602,576

Un campione di 81 misure ha media 121,6. La deviazione standard della popolazione è 12. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 99 % per la media.

x̄ = 121,6σ = 12n = 8199%
L =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy126224321417516613xy246152025

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy1685199722120251322814331169xy15202530100150x = 26,5

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. Prevedi ŷ per x = 26,5.

n = 6x = 26,5
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno14232360turno di notte263341100Totale405664160

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
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

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 2 righe e 3 colonne (totali esclusi). Usando la tabella, trova il valore critico χ²crit al livello di significatività α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · 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

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

Risposta: B · Test dei ranghi con segno di Wilcoxon

Perché è questa la risposta

Il test di Wilcoxon è per dati ordinali appaiati; l'U di Mann-Whitney è il suo corrispettivo per gruppi indipendenti.

Risposta

B · Test dei ranghi con segno di Wilcoxon
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 13,26

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 = 158/6 = 26,33

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−15,33)² + 18,67² + 1,667² + (−5,333)² + (−11,33)² + 11,67² = 879,3

Deviazione standard

s = √(879,3/5) = 13,26

Risposta

s = 13,26
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 1,5

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 = (88 − 70)/12 = 1,5

Risposta

z = 1,5
5.Probabilità

Risposta: P = 0,5177

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)4 = 0,4823
P = 1 − 0,4823 = 0,5177

Risposta

P = 0,5177
6.Probabilità

Risposta: E(G) = 23 €

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.

Esiti netti

G: 30 (p = 0,2), 490 (p = 0,05), −10 (p = 0,75)

Valore atteso

E(G) = 30·0,2 + 490·0,05 − 10·0,75 = 23 €

Risposta

E(G) = 23 €

Un valore positivo significa che in media guadagni denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,02275

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 somma

μ = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm

Standardizza

z = (201 − 200)/0,5 = 2

Coda superiore

P = 1 − Φ(2) = 1 − 0,9772 = 0,02275

Risposta

P = 0,02275
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 81,45 punti

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.

z del percentile

Φ(z) = 0,95 → z = 1,645

Ritorno a x

x = 65 + 1,645·10 = 81,45 punti

Risposta

x = 81,45 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 26,52

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 = 1,729

Margine di errore

E = 1,729·9/√20 = 3,48

Intervallo

30 ± 3,48 → [26,52, 33,48]

Risposta

limite inferiore = 26,52
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 877

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 = (1,645·9/0,5)² = 876,8

Arrotonda per eccesso

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

n = 877

Risposta

n = 877
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,799

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Errore standard della differenza media

SE = 11,9/√6 = 4,858

Statistica test

t = 13,6/4,858 = 2,799

Risposta

t = 2,799

Con df = 5, il valore critico bilaterale al 5% è 2,571; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 118,2

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 = 2,576·12/√81 = 3,435

Limite dell'intervallo

L = 121,6 − 3,435 = 118,2

Risposta

L = 118,2
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = −0,9922

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 117/6 = 19,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −46,5
Syy = Σ(y − ȳ)² = 125,5

Coefficiente di correlazione

r = −46,5/√(17,5·125,5) = −0,9922

Risposta

r = −0,9922
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 140,6

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 = 746/6 = 124,3

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 855

Retta di regressione

b = 855/157,5 = 5,429
a = 124,3 − 5,429·23,5 = −3,238
ŷ = −3,238 + 5,429·x

Previsione

ŷ = −3,238 + 5,429·26,5 = 140,6

Risposta

ŷ = 140,6
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 0,4781

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: 60·40/160 = 15, 60·56/160 = 21, 60·64/160 = 24
turno di notte: 100·40/160 = 25, 100·56/160 = 35, 100·64/160 = 40

Statistica chi quadrato

χ² = (14 − 15)²/15 + (23 − 21)²/21 + (23 − 24)²/24 + (26 − 25)²/25 + (33 − 35)²/35 + (41 − 40)²/40
χ² = 0,4781

Risposta

χ² = 0,4781

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 5,991

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 = (2 − 1)·(3 − 1) = 2

Tabella

χ²crit(df = 2, α = 0,05) = 5,991

Risposta

χ²crit = 5,991

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

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