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

Quale test confronta due gruppi indipendenti quando i dati sono ordinali o chiaramente non normali?

  1. ATest dei ranghi con segno di Wilcoxon
  2. BTest t per campioni indipendenti
  3. CTest U di Mann–Whitney
  4. DTest chi-quadrato
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Una meta-analisi combina 40 studi su una terapia. Perché la sua dimensione dell'effetto complessiva potrebbe comunque essere troppo grande?

  1. ALe meta-analisi danno sempre effetti più piccoli dei singoli studi che includono
  2. BLe meta-analisi non possono includere studi randomizzati
  3. CCombinare gli studi elimina sempre ogni distorsione
  4. DPer la distorsione da pubblicazione, gli studi non pubblicati con risultati nulli potrebbero mancare
3.Statistica descrittivaMedia
1520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 12, 50, 27, 46, 24.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 12. Trova il punteggio z z di un voto pari a 74.

μ = 50σ = 12x = 74
z =
5.ProbabilitàMedia
n = 12k = 3N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 3 persone da un gruppo di 12? L'ordine non conta.

n = 12k = 3
N =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−50,850,15450,05

Giocare a un gioco costa 5 €. Si vincono 10 € con probabilità 0,15 e 50 € con probabilità 0,05; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €5€10: p = 0,15€50: p = 0,05
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,1736

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,1736. Trova z con due decimali.

A = 0,1736
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
10 cm0X − Y?

Le altezze X degli uomini e Y delle donne di un gruppo sono indipendenti e normali: X ha media 180 cm e deviazione standard 10 cm, Y ha media 170 cm e deviazione standard 12 cm. Trova la probabilità P che X sia maggiore di Y. Arrotonda z a due decimali.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 21, s = 5,5LU = ?x̄ = 100,5E90%

Un campione di 21 elementi ha media 100,5 e deviazione standard s = 5,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 21x̄ = 100,5s = 5,590%t(20) = 1,725
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 30, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 390%

La deviazione standard della popolazione è 30. 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 3?

σ = 30E = 390%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,06402,064

Un campione di 25 studenti ha un punteggio medio di 108,4 e una deviazione standard campionaria di 20. Trova la statistica test t per H₀: μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 108,4s = 20n = 25
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −2,57602,576

Un campione di 81 misure ha media 498,1. La deviazione standard della popolazione è 12. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 99 % per la media.

x̄ = 498,1σ = 12n = 8199%
L =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy12021931741151268xy246101520

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 6Σx = 21Σy = 87Σx² = 91Σy² = 1379Σxy = 261
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy148358565779990xy56080x = 4

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 = 4.

n = 5x = 4
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti15271860personale15153060Totale304248120

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 = 1202 × 3
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile
promossobocciatoTotaleetà 18–30503080età 31–509010100età 51+5644100Totale19684280dfα = 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 = 2803 × 2α = 0,05
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Test U di Mann–Whitney

Perché è questa la risposta

Il test U di Mann–Whitney confronta i ranghi tra due gruppi non correlati. Il test dei ranghi con segno di Wilcoxon è per campioni dipendenti.

Risposta

C · Test U di Mann–Whitney
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · Per la distorsione da pubblicazione, gli studi non pubblicati con risultati nulli potrebbero mancare

Perché è questa la risposta

Se i risultati nulli vengono pubblicati meno spesso, l'effetto aggregato risulta gonfiato. I funnel plot e la ricerca di dati non pubblicati aiutano a individuare e ridurre il problema.

Risposta

D · Per la distorsione da pubblicazione, gli studi non pubblicati con risultati nulli potrebbero mancare
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 15,88

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 = 159/5 = 31,8

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−19,8)² + 18,2² + (−4,8)² + 14,2² + (−7,8)² = 1009

Deviazione standard

s = √(1009/4) = 15,88

Risposta

s = 15,88
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 2

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 = (74 − 50)/12 = 2

Risposta

z = 2
5.Probabilità

Risposta: N = 220

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(12, 3) = (12·11·10)/(3·2·1) = 220

Risposta

N = 220
6.Probabilità

Risposta: E(G) = −1 €

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: 5 (p = 0,15), 45 (p = 0,05), −5 (p = 0,8)

Valore atteso

E(G) = 5·0,15 + 45·0,05 − 5·0,8 = −1 €

Risposta

E(G) = −1 €

Un valore negativo significa che in media perdi denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 0,94

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 − 0,1736 = 0,8264

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,8264 dentro la tabella e leggi z.

z = 0,94

Risposta

z = 0,94
8.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Standardizza

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilità

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Risposta

P = 0,7389
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 102,6

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 = 20, t = 1,725

Margine di errore

E = 1,725·5,5/√21 = 2,07

Intervallo

100,5 ± 2,07 → [98,43, 102,6]

Risposta

limite superiore = 102,6
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 271

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 = (1,645·30/3)² = 270,6

Arrotonda per eccesso

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

n = 271

Risposta

n = 271
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,1

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 = 20/√25 = 20/5 = 4

Statistica test

t = (108,4 − 100)/4 = 2,1

Risposta

t = 2,1
t0,025; df = 24 = 2,064

|t| > 2,064, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 494,7

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).

Margine di errore

E = 2,576·12/√81 = 3,435

Limite dell'intervallo

L = 498,1 − 3,435 = 494,7

Risposta

L = 494,7
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = −0,9593

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 = 261 − 21·87/6 = −43,5
Sxx = 91 − 21²/6 = 17,5
Syy = 1379 − 87²/6 = 117,5

Coefficiente di correlazione

r = −43,5/√(17,5·117,5) = −0,9593

Risposta

r = −0,9593
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 62,75

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 = 340/5 = 68

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 210

Retta di regressione

b = 210/40 = 5,25
a = 68 − 5,25·5 = 41,75
ŷ = 41,75 + 5,25·x

Previsione

ŷ = 41,75 + 5,25·4 = 62,75

Risposta

ŷ = 62,75
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 6,429

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: 60·30/120 = 15, 60·42/120 = 21, 60·48/120 = 24
personale: 60·30/120 = 15, 60·42/120 = 21, 60·48/120 = 24

Statistica chi quadrato

χ² = (15 − 15)²/15 + (27 − 21)²/21 + (18 − 24)²/24 + (15 − 15)²/15 + (15 − 21)²/21 + (30 − 24)²/24
χ² = 6,429

Risposta

χ² = 6,429

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 30,52

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

età 18–30: 56, 24
età 31–50: 70, 30
età 51+: 70, 30

Statistica chi quadrato

χ² = (50 − 56)²/56 + (30 − 24)²/24 + (90 − 70)²/70 + (10 − 30)²/30 + (56 − 70)²/70 + (44 − 30)²/30
χ² = 30,52

Decisione

df = 2, χ²crit = 5,991
30,52 > 5,991

Risposta

χ² = 30,52

χ² è sopra il valore critico, quindi H₀ viene rifiutata: le variabili sembrano associate.

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