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

La validità ecologica si riferisce a:

  1. AQuanto un test è coerente nel tempo
  2. BQuanto i risultati si generalizzano a contesti di vita reale
  3. CSe un test predice il comportamento futuro
  4. DSe un test sembra misurare la cosa giusta
2.Metodi di ricerca in psicologiaDifficile

La «crisi della replicazione» in psicologia si riferisce a:

  1. ARiviste obbligate per legge a rifiutare tutti gli studi di replicazione presentati
  2. BMolti risultati pubblicati che non si riproducono in nuovi studi
  3. CUna carenza di partecipanti per gli esperimenti
  4. DLa copia di questionari senza permesso
3.Statistica descrittivaMedia
101520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 19, 45, 51, 35, 10, 54.

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

I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 5. Trova il punteggio z z di un voto pari a 60.

μ = 50σ = 5x = 60
z =
5.ProbabilitàMedia
n = 15k = 5N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 5 persone da un gruppo di 15? L'ordine non conta.

n = 15k = 5
N =
6.ProbabilitàDifficile
n = 12, p = 0,25: P(X = 5) = ?k0123456789101112

Un test ha 12 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,25, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 5 risposte corrette?

n = 12p = 0,25k = 5
P =
7.Distribuzione normaleMedia
164,35188,5P = ?

Supponi che le altezze degli uomini adulti abbiano una distribuzione normale con media 178 cm e deviazione standard 7 cm. Quale frazione è compresa tra 164,35 e 188,5 cm? Dai P come numero decimale.

μ = 178σ = 7x1 = 164,35x2 = 188,5
P =
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 = 18LU = ?x̄ = 34E95%

Un campione di 6 elementi ha media 34 e deviazione standard s = 18. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 95 % per la media.

n = 6x̄ = 34s = 1895%t(5) = 2,571
limite superiore =
10.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 5, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 195%

La deviazione standard della popolazione è 5. 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 1?

σ = 5E = 195%
n =
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,0932,093t = ?df = 19

Si confrontano due metodi didattici. Gruppo 1: 16 studenti, punteggio medio 84,5, deviazione standard 10. Gruppo 2: 5 studenti, punteggio medio 96,8, deviazione standard 12. Supponi varianze della popolazione uguali e usa il test t a due campioni con varianza combinata. Trova la statistica test t per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (gruppo 1 meno gruppo 2).

n₁ = 16x̄₁ = 84,5s₁ = 10n₂ = 5x̄₂ = 96,8s₂ = 12
t =
12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 200 contro H₁: μ < 200 viene eseguito con α = 0.05 su un campione di 25; la deviazione standard è nota e vale 7.5. In realtà la media è 196.1. Trova la potenza 1 − β del test in percentuale.

μ₀ = 200μ = 196,1σ = 7,5n = 25α = 0,05
1 − β = %
13.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy127224323421522622xy246222426

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy2374366398471053xy5104050ŷ = 49

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. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 49?

n = 5ŷ = 49
x =
15.Test chi quadratoMedia
miglioratinon miglioratiTotalenuovo farmaco471360placebo5743100Totale10456160

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 = 1602 × 2
χ² =
16.Test chi quadratoDifficile

Un test chi quadrato di bontà dell’adattamento confronta le frequenze osservate in 11 categorie con proporzioni attese completamente specificate (nessun parametro è stimato dai dati). Quanti gradi di libertà df ha il test?

k = 11
df =

3Soluzioni

1.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Quanto i risultati si generalizzano a contesti di vita reale

Perché è questa la risposta

La validità ecologica riguarda se i risultati valgono nelle situazioni quotidiane. Gli studi di laboratorio molto controllati spesso hanno un punteggio basso su questo aspetto.

Risposta

B · Quanto i risultati si generalizzano a contesti di vita reale
2.Metodi di ricerca in psicologia

Risposta: B · Molti risultati pubblicati che non si riproducono in nuovi studi

Perché è questa la risposta

Grandi progetti di replicazione hanno trovato molti effetti più piccoli o assenti, in relazione al bias di pubblicazione, ai campioni piccoli e alle analisi flessibili. La preregistrazione è una delle risposte.

Risposta

B · Molti risultati pubblicati che non si riproducono in nuovi studi
3.Statistica descrittiva

Risposta: s = 17,86

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 = 214/6 = 35,67

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−16,67)² + 9,333² + 15,33² + (−0,6667)² + (−25,67)² + 18,33² = 1595

Deviazione standard

s = √(1595/5) = 17,86

Risposta

s = 17,86
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 = (60 − 50)/5 = 2

Risposta

z = 2
5.Probabilità

Risposta: N = 3003

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(15, 5) = (15·14·13·12·11)/(5·4·3·2·1) = 3003

Risposta

N = 3003
6.Probabilità

Risposta: P = 0,1032

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.

Formula binomiale

P(X = 5) = 792·0,255·0,757 = 792·0,0009766·0,1335 = 0,1032

Risposta

P = 0,1032
7.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,9076

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 = (164,35 − 178)/7 = −1,95
z₂ = (188,5 − 178)/7 = 1,5

Area compresa

P = Φ(1,5) − Φ(−1,95) = 0,9332 − 0,02559 = 0,9076

Risposta

P = 0,9076
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: limite superiore = 52,89

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 = 2,571

Margine di errore

E = 2,571·18/√6 = 18,89

Intervallo

34 ± 18,89 → [15,11, 52,89]

Risposta

limite superiore = 52,89
10.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 97

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 = (1,96·5/1)² = 96,04

Arrotonda per eccesso

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

n = 97

Risposta

n = 97
11.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −2,297

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.

Varianza combinata

sp² = (15·10² + 4·12²)/19 = 109,3
sp = 10,45

Errore standard

SE = 10,45·√(1/16 + 1/5) = 5,356

Statistica test

t = (84,5 − 96,8)/5,356 = −2,297

Risposta

t = −2,297

Con df = 19, il valore critico bilaterale al 5% è 2,093; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

12.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: 1 − β = 83,02 %

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 = 200 − 1,645·1,5 = 197,5

z sotto la media vera

z = (197,5 − 196,1)/1,5 = 0,955

Potenza

potenza = P(Z < 0.955) = 83.02%
1 − β = 83,02%

Risposta

1 − β = 83,02%
13.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = −0,8254

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 139/6 = 23,17

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −16,5
Syy = Σ(y − ȳ)² = 22,83

Coefficiente di correlazione

r = −16,5/√(17,5·22,83) = −0,8254

Risposta

r = −0,8254
14.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 9,07

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 = 30/5 = 6
ȳ = 212/5 = 42,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 86

Retta di regressione

b = 86/40 = 2,15
a = 42,4 − 2,15·6 = 29,5
ŷ = 29,5 + 2,15·x

Risolvi per x

x = (49 − 29,5)/2,15 = 9,07

Risposta

x = 9,07
15.Test chi quadrato

Risposta: χ² = 7,502

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

nuovo farmaco: 60·104/160 = 39, 60·56/160 = 21
placebo: 100·104/160 = 65, 100·56/160 = 35

Statistica chi quadrato

χ² = (47 − 39)²/39 + (13 − 21)²/21 + (57 − 65)²/65 + (43 − 35)²/35
χ² = 7,502

Risposta

χ² = 7,502

gl = 1. Con α = 0,05 il valore critico è 3,841, quindi H₀ (indipendenza) viene rifiutata.

16.Test chi quadrato

Risposta: df = 10

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 = 11 − 1 = 10

Risposta

df = 10

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