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 una distribuzione perfettamente normale:

  1. ALa maggior parte dei punteggi si trova nelle code
  2. BLa moda è il punteggio più basso
  3. CMedia, mediana e moda sono uguali
  4. DLa media è sempre maggiore della mediana
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Un ricercatore raccoglie dati in nove momenti e ogni volta esegue un test al livello del 5% senza correzione. Qual è il problema?

  1. ALa dimensione dell'effetto diminuisce a ogni test
  2. BNon c'è alcun problema in questo approccio
  3. CI dati diventano più attendibili ogni volta, quindi l'ultimo test è il più accurato
  4. DLa probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%
3.Statistica descrittivaMedia
38404244464850525456

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 42, 56, 37, 52, 42, 53.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 15. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 62,5?

μ = 70σ = 15x = 62,5
P =
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
xp(x)00,310,3520,35μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 2X + 4. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 0, 1, 2p(x): 0,3, 0,35, 0,35Y = 2X + 4
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
246,25255,25P = ?

Supponi che i pesi dei sacchetti abbiano una distribuzione normale con media 250 g e deviazione standard 5 g. Quale frazione è compresa tra 246,25 e 255,25 g? Dai P come numero decimale.

μ = 250σ = 5x1 = 246,25x2 = 255,25
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
4 s0X − Y?

Il tempo sul giro X del corridore A e il tempo sul giro Y del corridore B sono indipendenti e normali: X ha media 52 s e deviazione standard 4 s, Y ha media 48 s e deviazione standard 3 s. Trova la probabilità P che X sia maggiore di Y. Arrotonda z a due decimali.

μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 7, s = 13,5L = ?Ux̄ = 88,5E95%

Un campione di 7 elementi ha media 88,5 e deviazione standard s = 13,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 95 % per la media.

n = 7x̄ = 88,5s = 13,595%t(6) = 2,447
limite inferiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 35, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

La deviazione standard della popolazione è 35. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 95 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 4?

σ = 35E = 495%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,3062,306t = ?df = 8

9 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 4,14 e la deviazione standard delle differenze è 4,6. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 9d̄ = 4,14sd = 4,6
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,9601,96

Un campione di 100 misure ha media 202,7. La deviazione standard della popolazione è 10. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 95 % per la media.

x̄ = 202,7σ = 10n = 10095%
L =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy342448551656763xy465060

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 5Σx = 25Σy = 260Σx² = 135Σy² = 13774Σxy = 1350
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy144348560763974xy5506070x = 4

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (4, 51). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 5(4, 51)
e =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno11131640turno di notte19293280Totale304248120

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
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 verifica se le frequenze in 8 categorie seguono una distribuzione di Poisson la cui media è stimata dagli stessi 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: C · Media, mediana e moda sono uguali

Perché è questa la risposta

Una distribuzione normale è simmetrica e a forma di campana, quindi tutte e tre le misure di tendenza centrale cadono al centro.

Risposta

C · Media, mediana e moda sono uguali
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: D · La probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%

Perché è questa la risposta

Con nove test indipendenti la probabilità di almeno un errore di I tipo è circa 1 − 0,95⁹ ≈ 37%. Correzioni come quella di Bonferroni risolvono il problema.

Risposta

D · La probabilità di almeno un falso positivo sale ben oltre il 5%
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 7,642

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 = 282/6 = 47

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−5)² + 9² + (−10)² + 5² + (−5)² + 6² = 292

Deviazione standard

s = √(292/5) = 7,642

Risposta

s = 7,642
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,3085

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 = −0,5

Tavola della normale standard

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085

Risposta

P = 0,3085
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: σY = 1,609

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.

Dispersione di X

μ = 1,05, Var(X) = 0,6475, σX = 0,8047

Trasformazione lineare

σY = |2|·0,8047 = 1,609

Risposta

σY = 1,609

La media invece si sposta: E(Y) = 2·1,05 + 4 = 6,1.

7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,6265

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.

Punteggi z

z₁ = (246,25 − 250)/5 = −0,75
z₂ = (255,25 − 250)/5 = 1,05

Area compresa

P = Φ(1,05) − Φ(−0,75) = 0,8531 − 0,2266 = 0,6265

Risposta

P = 0,6265
8.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,7881

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 = 52 − 48 = 4 s, σ = 5 s

Standardizza

z = (0 − 4)/5 = −0,8

Probabilità

P = 1 − Φ(−0,8) = 0,7881

Risposta

P = 0,7881
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 76,01

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 = 6, t = 2,447

Margine di errore

E = 2,447·13,5/√7 = 12,49

Intervallo

88,5 ± 12,49 → [76,01, 101]

Risposta

limite inferiore = 76,01
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 295

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 = (1,96·35/4)² = 294,1

Arrotonda per eccesso

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

n = 295

Risposta

n = 295
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,7

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 = 4,6/√9 = 1,533

Statistica test

t = 4,14/1,533 = 2,7

Risposta

t = 2,7

Con df = 8, il valore critico bilaterale al 5% è 2,306; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 200,7

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 = 1,96·10/√100 = 1,96

Limite dell'intervallo

L = 202,7 − 1,96 = 200,7

Risposta

L = 200,7
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9921

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 = 1350 − 25·260/5 = 50
Sxx = 135 − 25²/5 = 10
Syy = 13774 − 260²/5 = 254

Coefficiente di correlazione

r = 50/√(10·254) = 0,9921

Risposta

r = 0,9921
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = −3,05

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 = 289/5 = 57,8

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 150

Retta di regressione

b = 150/40 = 3,75
a = 57,8 − 3,75·5 = 39,05
ŷ = 39,05 + 3,75·x

Valore previsto

ŷ = 39,05 + 3,75·4 = 54,05

Residuo

e = 51 − 54,05 = −3,05

Risposta

e = −3,05

Il punto si trova sotto la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 0,2571

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: 40·30/120 = 10, 40·42/120 = 14, 40·48/120 = 16
turno di notte: 80·30/120 = 20, 80·42/120 = 28, 80·48/120 = 32

Statistica chi quadrato

χ² = (11 − 10)²/10 + (13 − 14)²/14 + (16 − 16)²/16 + (19 − 20)²/20 + (29 − 28)²/28 + (32 − 32)²/32
χ² = 0,2571

Risposta

χ² = 0,2571

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

16.Test chi quadrato

Risposta: χ²crit = 16,81

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 = 8 − 1 − 1 = 6

Tabella

χ²crit(df = 6, α = 0,01) = 16,812

Risposta

χ²crit = 16,812

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

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