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 disegno usa partecipanti diversi in ogni condizione?

  1. ADisegno a misure ripetute
  2. BDisegno a gruppi indipendenti
  3. CDisegno a coppie appaiate con le stesse persone
  4. DDisegno entro i soggetti
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Due osservatori registrano gli atti aggressivi in un cortile scolastico e i loro conteggi correlano con r = 0,45. Che cosa dovrebbe fare il ricercatore?

  1. APassare a un'ipotesi a una coda
  2. BUsare solo il più alto dei due conteggi
  3. CAffinare le categorie di comportamento e addestrare gli osservatori, poi verificare di nuovo l'accordo
  4. DAccettare i dati perché basta una qualsiasi correlazione positiva
3.Statistica descrittivaMedia
152025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 57, 14, 34, 30, 22, 48.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 5. Trova il punteggio z z di un voto pari a 62.

μ = 60σ = 5x = 62
z =
5.ProbabilitàMedia
rosse: 4blu: 3

Un sacchetto contiene 4 palline rosse e 3 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

4 / 3
P =
6.ProbabilitàDifficile
n = 6, p = 0,5: P(X ≤ 1) = ?k0123456

Si collaudano 6 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,5, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?

n = 6p = 0,5
P =
7.Distribuzione normaleMedia
105 s98,6 sX + Y?

X è normale con media 60 s e deviazione standard 5 s; Y è indipendente e normale con media 45 s e deviazione standard 4 s. Trova la probabilità P che X + Y sia maggiore di 98,6 s. Arrotonda z a due decimali.

μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 98,6 s
P =
8.Distribuzione normaleDifficile
μ = 500x = ?25%

Supponi che le durate delle batterie abbiano una distribuzione normale con media 500 h e deviazione standard 40 h. Trova il valore x sotto il quale si trova il 25 % dei dati (il 25° percentile).

μ = 500σ = 40P = 25%
x = h
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 20, s = 4,5LU = ?x̄ = 54,5E90%

Un campione di 20 elementi ha media 54,5 e deviazione standard s = 4,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 90 % per la media.

n = 20x̄ = 54,5s = 4,590%t(19) = 1,729
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 39, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 290%

La deviazione standard della popolazione è 39. 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 2?

σ = 39E = 290%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
t −2,06402,064

Un campione di 25 studenti ha un punteggio medio di 51,36 e una deviazione standard campionaria di 4. Trova la statistica test t per H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 51,36s = 4n = 25
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 50 contro H₁: μ < 50 viene eseguito con α = 0.01 su un campione di 25; la deviazione standard è nota e vale 7.5. In realtà la media è 46.4. Trova la probabilità di un errore di secondo tipo β in percentuale.

μ₀ = 50μ = 46,4σ = 7,5n = 25α = 0,01
β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy340555763982119013105xy51050100

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy1576178619912110223122xy152080100120x = 16

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 = 16.

n = 5x = 16
ŷ =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti363945120personale3182867Totale674773187

La tabella di contingenza riporta le frequenze osservate. Per un test chi quadrato di indipendenza, trova la frequenza attesa E per la cella “studenti, autobus”.

totale di riga = 120totale di colonna = 67N = 187
E =
16.Test chi quadratoDifficile

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento verifica se le frequenze in 9 categorie seguono una distribuzione di Poisson la cui media è stimata dagli stessi dati. Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 9
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Disegno a gruppi indipendenti

Perché è questa la risposta

In un disegno a gruppi indipendenti ogni condizione ha partecipanti diversi; si evitano gli effetti d'ordine ma si rischiano variabili legate ai partecipanti.

Risposta

B · Disegno a gruppi indipendenti
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: C · Affinare le categorie di comportamento e addestrare gli osservatori, poi verificare di nuovo l'accordo

Perché è questa la risposta

Una bassa attendibilità tra osservatori significa che le categorie vengono applicate in modo incoerente. Definizioni operative più chiare e sessioni di pratica dovrebbero aumentare l'accordo prima della raccolta principale dei dati.

Risposta

C · Affinare le categorie di comportamento e addestrare gli osservatori, poi verificare di nuovo l'accordo
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 16,03

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 = 205/6 = 34,17

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 22,83² + (−20,17)² + (−0,1667)² + (−4,167)² + (−12,17)² + 13,83² = 1285

Deviazione standard

s = √(1285/5) = 16,03

Risposta

s = 16,03
4.Statistica descrittiva

Risposta: z = 0,4

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 = (62 − 60)/5 = 0,4

Risposta

z = 0,4
5.Probabilità

Risposta: P = 0,2857

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.

Prima e seconda estrazione

P = 4/7 · 3/6 = 12/42 = 0,2857

Risposta

P = 0,2857
6.Probabilità

Risposta: P = 0,1094

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.

Zero e un guasto

P(X = 0) = 0,56 = 0,01563
P(X = 1) = 6·0,5·0,55 = 0,09375

Sommale

P = 0,01563 + 0,09375 = 0,1094

Risposta

P = 0,1094
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,8413

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 = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s

Standardizza

z = (98,6 − 105)/6,403 = −1

Coda superiore

P = 1 − Φ(−1) = 1 − 0,1587 = 0,8413

Risposta

P = 0,8413
8.Distribuzione normale

Risposta: x = 473 h

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) = 0,25 → z = −0,6745

Ritorno a x

x = 500 + −0,6745·40 = 473,02 h

Risposta

x = 473,02 h
9.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 56,24

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 = 1,729·4,5/√20 = 1,74

Intervallo

54,5 ± 1,74 → [52,76, 56,24]

Risposta

limite superiore = 56,24
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 1029

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 = (1,645·39/2)² = 1029

Arrotonda per eccesso

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

n = 1029

Risposta

n = 1029
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 1,7

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).

Errore standard

SE = 4/√25 = 4/5 = 0,8

Statistica test

t = (51,36 − 50)/0,8 = 1,7

Risposta

t = 1,7
t0,025; df = 24 = 2,064

|t| < 2.064, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: β = 47,05 %

Potenza di un test: la potenza = 1 − β è la probabilità di rifiutare H₀ quando è falsa. Trova la soglia x̄c da μ₀ e z_α, poi calcola la probabilità di cadere oltre x̄c usando la media vera: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Media campionaria critica

SE = 7,5/√25 = 1,5
x̄c = 50 − 2,326·1,5 = 46,51

z sotto la media vera

z = (46,51 − 46,4)/1,5 = 0,074

Errore di secondo tipo

potenza = P(Z < 0.074) = 52.95%
β = 100% − 52,95% = 47,05%

Risposta

β = 47,05%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9956

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 = 48/6 = 8
ȳ = 435/6 = 72,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 449
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2906

Coefficiente di correlazione

r = 449/√(70·2906) = 0,9956

Risposta

r = 0,9956
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 79,2

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 = 95/5 = 19
ȳ = 477/5 = 95,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 216

Retta di regressione

b = 216/40 = 5,4
a = 95,4 − 5,4·19 = −7,2
ŷ = −7,2 + 5,4·x

Previsione

ŷ = −7,2 + 5,4·16 = 79,2

Risposta

ŷ = 79,2
15.Test chi quadrato

Risposta: E = 42,99

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.

Frequenza attesa

E = 120·67/187 = 42,99

Risposta

E = 42,99
16.Test chi quadrato

Risposta: df = 7

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 = 9 − 1 − 1 = 7

Risposta

df = 7

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