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 esperimento sul campo, il ricercatore:

  1. AManipola la VI in un laboratorio
  2. BManipola la VI in un contesto reale
  3. CAnalizza dati raccolti da altri
  4. DSi limita a osservare senza manipolare nulla
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore vuole verificare se un nuovo metodo didattico causa voti migliori, ma non può randomizzare gli studenti. Quale disegno fornisce in questa situazione le prove causali più solide?

  1. AChiedere agli studenti se pensano che il metodo abbia funzionato
  2. BConfrontare classi appaiate misurate prima e dopo, con un gruppo di confronto
  3. CMisurare solo la classe che usa il nuovo metodo dopo l'insegnamento
  4. DCorrelare i voti con quanto agli studenti piace l'insegnante
3.Statistica descrittivaMedia
15202530354045

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 19, 37, 13, 21, 36, 47.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 8. Trova il punteggio z z di un voto pari a 70.

μ = 60σ = 8x = 70
z =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,310,220,230,2540,05μ = 1,55

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,2, 0,2, 0,25, 0,05
σ =
6.ProbabilitàDifficile
n = 11, p = 0,7: P(X = 4) = ?k01234567891011

Un test ha 11 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,7, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 4 risposte corrette?

n = 11p = 0,7k = 4
P =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,0301

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,0301. Trova z con due decimali.

A = 0,0301
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
557085100115130145puntiin basso 60%

I valori di i punteggi del QI sono distribuiti normalmente con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Trascina la soglia in modo che il 60% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 100 puntiσ = 15 punti60%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 15, s = 6,5LUx̄ = 94E = ?90%

Un campione di 15 elementi ha media 94 e deviazione standard s = 6,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il margine di errore E di un intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 15x̄ = 94s = 6,590%t(14) = 1,761
E =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
μ₁ − μ₂, t(10) = 2,2280LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

Si provano due fertilizzanti. Gruppo di parcelle 1: 6 parcelle, resa media 22 kg, deviazione standard 7 kg. Gruppo di parcelle 2: 6 parcelle, media 29,5 kg, deviazione standard 7,5 kg. Supponi varianze uguali (t combinato, df = n₁ + n₂ − 2). Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 95% per μ₁ − μ₂.

n₁ = 6x̄₁ = 22s₁ = 7n₂ = 6x̄₂ = 29,5s₂ = 7,595%t(10) = 2,228
limite superiore = kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,0452,045t = ?df = 29

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 5 studenti, punteggio medio 117,5, deviazione standard 4,5. Gruppo 2: 26 studenti, punteggio medio 120,1, deviazione standard 4,5. 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 = 5x̄₁ = 117,5s₁ = 4,5n₂ = 26x̄₂ = 120,1s₂ = 4,5
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −2,57602,576

Un campione di 64 misure ha media 502. La deviazione standard della popolazione è 20. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 99 % per la media.

x̄ = 502σ = 20n = 6499%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy146516681882209222110xy152080100

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 5
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy3555627679821184xy510607080x = 10

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. Si effettua una nuova osservazione (10, 79). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(10, 79)
e =
15.Test chi quadratoMedia
sìnoTotaleuomini6060120donne6139100Totale12199220

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

Si esegue un test chi quadrato di indipendenza su una tabella di contingenza con 4 righe e 4 colonne (totali esclusi). Quanti gradi di libertà df ha il test?

4 × 4
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Manipola la VI in un contesto reale

Perché è questa la risposta

Gli esperimenti sul campo, come le situazioni di richiesta d'aiuto inscenate per strada, aumentano la validità ecologica ma offrono meno controllo sulle variabili estranee e sollevano problemi di consenso.

Risposta

B · Manipola la VI in un contesto reale
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Confrontare classi appaiate misurate prima e dopo, con un gruppo di confronto

Perché è questa la risposta

Un disegno pre-test/post-test con gruppi non equivalenti controlla le differenze iniziali e il cambiamento nel tempo, anche se è più debole di un esperimento randomizzato.

Risposta

B · Confrontare classi appaiate misurate prima e dopo, con un gruppo di confronto
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 13,09

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 = 173/6 = 28,83

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−9,833)² + 8,167² + (−15,83)² + (−7,833)² + 7,167² + 18,17² = 856,8

Deviazione standard

s = √(856,8/5) = 13,09

Risposta

s = 13,09
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 = (70 − 60)/8 = 1,25

Risposta

z = 1,25
5.Probabilità

Risposta: σ = 1,284

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 = 0·0,3 + 1·0,2 + 2·0,2 + 3·0,25 + 4·0,05 = 1,55

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,3 + 1·0,2 + 4·0,2 + 9·0,25 + 16·0,05 = 4,05

Varianza

Var(X) = 4,05 − 1,55² = 1,647
σ = √1,647 = 1,284

Risposta

σ = 1,284
6.Probabilità

Risposta: P = 0,01733

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) = 330·0,74·0,37 = 330·0,2401·0,0002187 = 0,01733

Risposta

P = 0,01733
7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,88

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 − 0,0301 = 0,9699

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9699 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,88

Risposta

z = 1,88
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 103,8 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) = 0,6

z dalla tabella

z ≈ 0,25

Di nuovo nelle unità originali

x = 100 + 0,25·15 = 103,8 punti

Risposta

x = 103,8 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 2,955

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 = 14, t = 1,761

Margine di errore

E = 1,761·6,5/√15 = 2,955

Risposta

E = 2,955
10.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 1,831 kg

Intervallo per una differenza: stima ± valore critico × errore standard. Per due medie indipendenti con σ nota: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) e z. Con varianze uguali ma ignote: s_p combinata e t con n₁ + n₂ − 2 gradi di libertà. Per dati appaiati, lavora sulle differenze: d̄ ± t·s_d/√n.

Deviazione standard combinata

sp² = (5·7² + 5·7,5²)/10 = 52,63
sp = 7,254

Margine di errore

E = 2,228·7,254·√(1/6 + 1/6) = 9,331

Intervallo

−7,5 ± 9,331 → [−16,83, 1,831]

Risposta

limite superiore = 1,831 kg
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −1,183

Test d’ipotesi: la statistica test = (stima − valore sotto H₀)/(errore standard sotto H₀). Il p-value è la probabilità, supponendo vera H₀, di una statistica almeno tanto estrema quanto quella osservata: l’area in una coda per una H₁ unilaterale, il doppio dell’area della coda per una H₁ bilaterale. Rifiuta H₀ quando p ≤ α.

Varianza combinata

sp² = (4·4,5² + 25·4,5²)/29 = 20,25
sp = 4,5

Errore standard

SE = 4,5·√(1/5 + 1/26) = 2,197

Statistica test

t = (117,5 − 120,1)/2,197 = −1,183

Risposta

t = −1,183

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: U = 508,4

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 = 2,576·20/√64 = 6,44

Limite dell'intervallo

U = 502 + 6,44 = 508,4

Risposta

U = 508,4
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9778

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 = 417/5 = 83,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 228
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1359

Coefficiente di correlazione

r = 228/√(40·1359) = 0,9778

Risposta

r = 0,9778
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = −2,7

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 = 350/5 = 70

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 156

Retta di regressione

b = 156/40 = 3,9
a = 70 − 3,9·7 = 42,7
ŷ = 42,7 + 3,9·x

Valore previsto

ŷ = 42,7 + 3,9·10 = 81,7

Residuo

e = 79 − 81,7 = −2,7

Risposta

e = −2,7

Il punto si trova sotto la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 2,667

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

uomini: 120·121/220 = 66, 120·99/220 = 54
donne: 100·121/220 = 55, 100·99/220 = 45

Statistica chi quadrato

χ² = (60 − 66)²/66 + (60 − 54)²/54 + (61 − 55)²/55 + (39 − 45)²/45
χ² = 2,667

Risposta

χ² = 2,667

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 9

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)·(4 − 1) = 9

Risposta

df = 9

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