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

Uno studio è preregistrato. Ciò significa che:

  1. AIpotesi, metodi e piano di analisi sono registrati pubblicamente prima della raccolta dei dati
  2. BLo studio è già stato pubblicato
  3. CI risultati sono stati controllati e approvati da un secondo statistico indipendente prima della pubblicazione
  4. DI partecipanti registrano il loro consenso online
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Qual è lo scopo principale dell'assegnazione casuale alle condizioni in un esperimento?

  1. ADistribuire uniformemente le variabili dei partecipanti in modo che non confondano i risultati
  2. BAumentare il tasso di risposta
  3. CGarantire che i partecipanti non conoscano lo scopo
  4. DRendere il campione rappresentativo della popolazione di riferimento, così i risultati si generalizzano
3.Statistica descrittivaMedia
10152025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 57, 44, 15, 34, 10, 30, 36.

n = 7
s =
4.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 100 e deviazione standard 5. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 92,5?

μ = 100σ = 5x = 92,5
P =
5.ProbabilitàMedia
xp(x)00,1520,240,360,35μ = 3,7

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

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,15, 0,2, 0,3, 0,35
σ =
6.ProbabilitàDifficile
€p(x)−30,84120,15270,01

Giocare a un gioco costa 3 €. Si vincono 15 € con probabilità 0,15 e 30 € con probabilità 0,01; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €3€15: p = 0,15€30: p = 0,01
E(G) = €
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,9328

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,9328. Trova z con due decimali.

A = 0,9328
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 65x = ?99%

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 99 % dei dati (il 99° percentile).

μ = 65σ = 10P = 99%
x = punti
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 15, sd​ = 4,10LUd̄ = 4,4E = ?99%

La pressione arteriosa di 15 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media 4,4 e deviazione standard 4,1. Trova il margine di errore E dell’intervallo di confidenza al 99% per la differenza media.

n = 15d̄ = 4,4sd = 4,199%t(14) = 2,977
E = mmHg
10.Intervalli di confidenzaDifficile
n = 21Lσ = ?s = 10,195%

I diametri di 21 alberi lavorati alla macchina hanno una deviazione standard campionaria di 10,1 µm. Supponendo che i diametri siano distribuiti normalmente, trova il limite superiore σ dell’intervallo di confidenza al 95% per la deviazione standard della popolazione. Con df = 20, il 2,5% della distribuzione χ² si trova sotto 9,591 e il 2,5% sopra 34,17.

n = 21s = 10,1 µmχ² = 9,591, 34,17
σ = µm
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −1,98401,984

Un campione di 100 studenti ha un punteggio medio di 493,8 e una deviazione standard campionaria di 20. Trova la statistica test t per H₀: μ = 500.

μ₀ = 500x̄ = 493,8s = 20n = 100
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,9601,96

Un campione di 81 misure ha media 121,3. La deviazione standard della popolazione è 5. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 95 % per la media.

x̄ = 121,3σ = 5n = 8195%
U =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy264961381510221223xy5101020

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy179619109211122312425132xy2025100120x = 18

La tabella riporta 5 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 = 18.

n = 5x = 18
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
nessun difettolievegraveTotaleturno di giorno18222060turno di notte12202860Totale304248120

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

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento verifica se le frequenze in 5 categorie seguono una distribuzione di Poisson la cui media è stimata dagli stessi dati. Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 5
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Ipotesi, metodi e piano di analisi sono registrati pubblicamente prima della raccolta dei dati

Perché è questa la risposta

La preregistrazione separa le analisi confermative da quelle esplorative e riduce pratiche come il p-hacking e l'HARKing.

Risposta

A · Ipotesi, metodi e piano di analisi sono registrati pubblicamente prima della raccolta dei dati
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Distribuire uniformemente le variabili dei partecipanti in modo che non confondano i risultati

Perché è questa la risposta

L'assegnazione casuale bilancia le differenze individuali tra le condizioni e sostiene le conclusioni causali. Il campionamento casuale riguarda la generalizzazione a una popolazione.

Risposta

A · Distribuire uniformemente le variabili dei partecipanti in modo che non confondano i risultati
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 16,15

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 = 226/7 = 32,29

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 24,71² + 11,71² + (−17,29)² + 1,714² + (−22,29)² + (−2,286)² + 3,714² = 1565

Deviazione standard

s = √(1565/6) = 16,15

Risposta

s = 16,15
4.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,06681

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 = −1,5

Tavola della normale standard

Φ(−1,5) = 0,06681
P = 0,06681

Risposta

P = 0,06681
5.Probabilità

Risposta: σ = 2,124

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 = 0·0,15 + 2·0,2 + 4·0,3 + 6·0,35 = 3,7

Media dei quadrati

E(X²) = 0·0,15 + 4·0,2 + 16·0,3 + 36·0,35 = 18,2

Varianza

Var(X) = 18,2 − 3,7² = 4,51
σ = √4,51 = 2,124

Risposta

σ = 2,124
6.Probabilità

Risposta: E(G) = −0,45 €

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: 12 (p = 0,15), 27 (p = 0,01), −3 (p = 0,84)

Valore atteso

E(G) = 12·0,15 + 27·0,01 − 3·0,84 = −0,45 €

Risposta

E(G) = −0,45 €

Un valore negativo significa che in media perdi denaro.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,83

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 + 0,9328)/2 = 0,9664

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9664 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,83

Risposta

z = 1,83
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 88,26 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) = 0,99 → z = 2,326

Ritorno a x

x = 65 + 2,326·10 = 88,26 punti

Risposta

x = 88,26 punti
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 3,151 mmHg

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

Valore critico

df = 14, t = 2,977

Margine di errore

E = 2,977·4,1/√15 = 3,151

Risposta

E = 3,151 mmHg
10.Intervalli di confidenza

Risposta: σ = 14,58 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 = 20·10,1² = 2040

Limiti per σ²

2040/34,17 = 59,71
2040/9,591 = 212,7

Limite per σ

σ = √212,7 = 14,58 µm

Risposta

σ = 14,58 µm

Intervallo al 95% per σ: [7,727, 14,58] µm.

11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −3,1

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/√100 = 20/10 = 2

Statistica test

t = (493,8 − 500)/2 = −3,1

Risposta

t = −3,1
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| > 1,984, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 122,4

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 = 1,96·5/√81 = 1,089

Limite dell'intervallo

U = 121,3 + 1,089 = 122,4

Risposta

U = 122,4
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9859

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 = 42/6 = 7
ȳ = 88/6 = 14,67

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 126
Syy = Σ(y − ȳ)² = 233,3

Coefficiente di correlazione

r = 126/√(70·233,3) = 0,9859

Risposta

r = 0,9859
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 101,5

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 = 105/5 = 21
ȳ = 573/5 = 114,6

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 174

Retta di regressione

b = 174/40 = 4,35
a = 114,6 − 4,35·21 = 23,25
ŷ = 23,25 + 4,35·x

Previsione

ŷ = 23,25 + 4,35·18 = 101,5

Risposta

ŷ = 101,5
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 2,629

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: 60·30/120 = 15, 60·42/120 = 21, 60·48/120 = 24
turno di notte: 60·30/120 = 15, 60·42/120 = 21, 60·48/120 = 24

Statistica chi quadrato

χ² = (18 − 15)²/15 + (22 − 21)²/21 + (20 − 24)²/24 + (12 − 15)²/15 + (20 − 21)²/21 + (28 − 24)²/24
χ² = 2,629

Risposta

χ² = 2,629

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

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 3

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 = 5 − 1 − 1 = 3

Risposta

df = 3

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