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

Un nuovo questionario sulla depressione predice quali studenti cercheranno un trattamento nel corso dell'anno successivo. Ciò sostiene quale tipo di validità?

  1. AValidità di contenuto
  2. BValidità predittiva
  3. CValidità concorrente
  4. DValidità di facciata
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

Negli studi di Milgram sull'obbedienza, i partecipanti credevano di somministrare vere scosse elettriche. Quale problema etico viene sollevato più direttamente, e come fu in parte affrontato?

  1. AInganno e possibile sofferenza, affrontati con un debriefing approfondito
  2. BUso di bambini, affrontato con il consenso dei genitori
  3. CMancanza di riservatezza, affrontata pubblicando i nomi
  4. DMancanza di un gruppo di controllo, affrontata assegnando casualmente i partecipanti alle condizioni
3.Statistica descrittivaMedia
152025303540

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 13, 22, 41, 41, 26.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 25. Trova il punteggio z z di un voto pari a 531,3.

μ = 500σ = 25x = 531,3
z =
5.ProbabilitàMedia
n = 9k = 2N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 2 persone da un gruppo di 9? L'ordine non conta.

n = 9k = 2
N =
6.ProbabilitàDifficile
xp(x)10,2520,130,3540,3μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 0,5X − 3. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,25, 0,1, 0,35, 0,3Y = 0,5X − 3
σY =
7.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,0885

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,0885. Trova z con due decimali.

A = 0,0885
z =
8.Distribuzione normaleDifficile
10 g0X − Y?

La massa X di un prodotto della linea 1 e Y della linea 2 sono indipendenti e normali: X ha media 500 g e deviazione standard 8 g, Y ha media 490 g e deviazione standard 6 g. Trova la probabilità P che X sia maggiore di Y. Arrotonda z a due decimali.

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
9.Intervalli di confidenzaMedia
n = 6, s = 7LUx̄ = 28E = ?99%

Un campione di 6 elementi ha media 28 e deviazione standard s = 7. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il margine di errore E di un intervallo di confidenza al 99 % per la media.

n = 6x̄ = 28s = 799%t(5) = 4,032
E =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 13, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 395%

La deviazione standard della popolazione è 13. 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 3?

σ = 13E = 395%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
1,28p = ?

Si afferma che la media di una popolazione sia 250; la deviazione standard della popolazione è nota e vale 15. Un campione casuale di 25 osservazioni ha media 253,84. Verifica H₀: μ = 250 contro H₁: μ > 250. Trova il p-value p.

μ₀ = 250σ = 15n = 25x̄ = 253,84H₁: μ > μ₀
p =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,9601,96

Un campione di 36 misure ha media 77,4. La deviazione standard della popolazione è 8. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 95 % per la media.

x̄ = 77,4σ = 8n = 3695%
L =
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy257356468564672781xy246607080

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy1459166918762090229224110xy1520256080100x = 21

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (21, 94). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 6(21, 94)
e =
15.Test chi quadratoMedia
autobusbiciclettaautoTotalestudenti293044103personale433928110Totale726972213

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

totale di riga = 110totale di colonna = 72N = 213
E =
16.Test chi quadratoDifficile
sìnoTotaleetà 18–30281240età 31–50362460età 51+7624100Totale14060200dfα = 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 = 0,01 se le due variabili sono indipendenti (senza correzione di continuità). Calcola la statistica test χ², poi confrontala con il valore critico della tabella.

N = 2003 × 2α = 0,01
χ² =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Validità predittiva

Perché è questa la risposta

La validità predittiva si dimostra quando i punteggi predicono un criterio successivo. La validità concorrente usa un criterio misurato nello stesso momento.

Risposta

B · Validità predittiva
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: A · Inganno e possibile sofferenza, affrontati con un debriefing approfondito

Perché è questa la risposta

I partecipanti furono ingannati sulle scosse e molti mostrarono un forte stress. Milgram fece il debriefing ai partecipanti, che incontrarono l'«allievo»; un'indagine successiva trovò che la maggior parte era contenta di aver partecipato, ma l'etica dello studio resta discussa.

Risposta

A · Inganno e possibile sofferenza, affrontati con un debriefing approfondito
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 12,26

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 = 143/5 = 28,6

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−15,6)² + (−6,6)² + 12,4² + 12,4² + (−2,6)² = 601,2

Deviazione standard

s = √(601,2/4) = 12,26

Risposta

s = 12,26
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 = (531,3 − 500)/25 = 1,25

Risposta

z = 1,25
5.Probabilità

Risposta: N = 36

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(9, 2) = (9·8)/(2·1) = 36

Risposta

N = 36
6.Probabilità

Risposta: σY = 0,5723

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 = 2,7, Var(X) = 1,31, σX = 1,145

Trasformazione lineare

σY = |0,5|·1,145 = 0,5723

Risposta

σY = 0,5723

La media invece si sposta: E(Y) = 0,5·2,7 − 3 = −1,65.

7.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,35

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 − 0,0885 = 0,9115

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9115 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,35

Risposta

z = 1,35
8.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 differenza

μ = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

Standardizza

z = (0 − 10)/10 = −1

Probabilità

P = 1 − Φ(−1) = 0,8413

Risposta

P = 0,8413
9.Intervalli di confidenza

Risposta: E = 11,52

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 = 5, t = 4,032

Margine di errore

E = 4,032·7/√6 = 11,52

Risposta

E = 11,52
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 73

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 = (1,96·13/3)² = 72,14

Arrotonda per eccesso

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

n = 73

Risposta

n = 73
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: p = 0,1003

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

Statistica test

SE = σ/√n = 15/√25 = 3
z = (253,84 − 250)/3 = 1,28

Area della coda

Φ(1,28) = 0,8997
1 − Φ(1,28) = 0,1003

p-value

p = 0,1003

Risposta

p = 0,1003

p > 0,05, quindi H₀ non viene rifiutata al livello del 5%.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 74,79

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 = 1,96·8/√36 = 2,613

Limite dell'intervallo

L = 77,4 − 2,613 = 74,79

Risposta

L = 74,79
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9247

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 = 27/6 = 4,5
ȳ = 398/6 = 66,33

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 82
Syy = Σ(y − ȳ)² = 449,3

Coefficiente di correlazione

r = 82/√(17,5·449,3) = 0,9247

Risposta

r = 0,9247
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 1,676

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 = 114/6 = 19
ȳ = 496/6 = 82,67

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 338

Retta di regressione

b = 338/70 = 4,829
a = 82,67 − 4,829·19 = −9,076
ŷ = −9,076 + 4,829·x

Valore previsto

ŷ = −9,076 + 4,829·21 = 92,32

Residuo

e = 94 − 92,32 = 1,676

Risposta

e = 1,676

Il punto si trova sopra la retta.

15.Test chi quadrato

Risposta: E = 37,18

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 = 110·72/213 = 37,18

Risposta

E = 37,18
16.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 4,571

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: 28, 12
età 31–50: 42, 18
età 51+: 70, 30

Statistica chi quadrato

χ² = (28 − 28)²/28 + (12 − 12)²/12 + (36 − 42)²/42 + (24 − 18)²/18 + (76 − 70)²/70 + (24 − 30)²/30
χ² = 4,571

Decisione

df = 2, χ²crit = 9,210
4,571 < 9,210

Risposta

χ² = 4,571

χ² è sotto il valore critico, quindi H₀ non viene rifiutata: non c’è evidenza significativa di un’associazione.

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