Metodologia badań i statystyka w psychologii: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 16 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Statystyka opisowa

Średnia
x̄ = Σx/n
Odchylenie standardowe z próby
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
środkowa wartość uporządkowanych danych
Wynik z
z = (x − μ)/σ
Rozkład normalny
68% w zakresie ±1σ, 95% w zakresie ±2σ

Prawdopodobieństwo

Zdarzenie przeciwne
P(not A) = 1 − P(A)
Reguła dodawania
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Zdarzenia niezależne
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Prawdopodobieństwo warunkowe
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Rozkład dwumianowy
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Rozkład normalny

Wynik z
z = (x − μ)/σ
Poniżej x
P(X < x) = Φ(z)
Powyżej x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Pomiędzy
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentyl
x = μ + z·σ

Metoda

  1. Zamień wartość na wynik standaryzowany: z = (x − μ)/σ.
  2. Odczytaj Φ(z), pole na lewo od z.
  3. Dla pola na prawo użyj 1 − Φ(z); dla przedziału odejmij dwa pola lewostronne.
  4. Dla percentyla licz wstecz: wyznacz z dla pola, a potem x = μ + z·σ.

Przedziały ufności

σ znane
x̄ ± z·σ/√n
σ nieznane
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
Wartość krytyczna z
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Liczebność próby
n = (z·σ/E)², rounded up

Metoda

  1. Wybierz między z (znane σ populacji) a t (tylko s z próby, z n − 1 stopniami swobody).
  2. Wyznacz wartość krytyczną dla poziomu ufności.
  3. Margines błędu: E = wartość krytyczna × odchylenie standardowe/√n.
  4. Przedział: x̄ ± E.

Testy hipotez i przedziały ufności

Test z dla średniej
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Test t dla średniej
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Dwustronny na poziomie 5%
odrzuć H0, jeśli |z| > 1,96
Przedział ufności
x̄ ± z·σ/√n

Metoda

  1. Sformułuj H₀ i H₁ i ustal, czy test jest jednostronny, czy dwustronny.
  2. Oblicz statystykę testową: (x̄ − μ₀)/(σ/√n) albo z s i t.
  3. Porównaj z wartością krytyczną albo wyznacz wartość p.
  4. Odrzuć H₀, jeśli statystyka przekracza wartość krytyczną (p poniżej α), i sformułuj wniosek słowami.

Regresja liniowa i korelacja

Sumy kwadratów
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Współczynnik kierunkowy
b = Sxy/Sxx
Wyraz wolny
a = ȳ − b·x̄
Korelacja
r = Sxy/√(SxxSyy)
Reszta
e = y − ŷ

Testy chi-kwadrat

Statystyka testowa
χ² = Σ(O − E)²/E
Test zgodności
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
Niezależność
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
Wartości krytyczne (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
Decyzja
odrzuć H0, jeśli χ² > χ²crit

2Zadania do ćwiczenia

1.Metody badawcze w psychologiiŚredni

Który test porównuje dwie niezależne grupy, gdy dane są porządkowe lub wyraźnie odbiegają od rozkładu normalnego?

  1. ATest U Manna–Whitneya
  2. BTest chi-kwadrat
  3. CTest t dla prób niezależnych
  4. DTest znaków rangowanych Wilcoxona
2.Metody badawcze w psychologiiTrudny

Badanie pokazuje, że kwestionariusz silnie koreluje z uznanym testem tego samego konstruktu. To wspiera:

  1. ARzetelność test-retest
  2. BTrafność diagnostyczną (równoczesną)
  3. CTrafność fasadową
  4. DTrafność ekologiczną
3.Statystyka opisowaŚredni
2025303540455055

Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 59, 16, 47, 38, 30, 44.

n = 6
s =
4.Statystyka opisowaTrudny
z −2−1012

Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 500 i odchyleniem standardowym 50. Jaka część P wartości leży poniżej 520?

μ = 500σ = 50x = 520
P =
5.PrawdopodobieństwoŚredni
xp(x)00,3510,120,130,2540,2μ = 1,85

Dla pokazanego rozkładu wyznacz wariancję Var(X) zmiennej X.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,1, 0,1, 0,25, 0,2
Var(X) =
6.PrawdopodobieństwoTrudny
xp(x)100,25200,25300,3400,2μ

X ma pokazany rozkład, a Y = −2X + 1. Wyznacz odchylenie standardowe σY zmiennej Y.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,25, 0,25, 0,3, 0,2Y = −2X + 1
σY =
7.Rozkład normalnyŚredni
77,5127P = ?

Rozkład wyników testu IQ jest normalny ze średnią 100 pkt i odchyleniem standardowym 15 pkt. Jaka część wartości leży między 77,5 a 127 pkt? Podaj P w postaci dziesiętnej.

μ = 100σ = 15x1 = 77,5x2 = 127
P =
8.Rozkład normalnyTrudny
235240245250255260265ggóra 70%

Rozkład mas worków jest normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 5 g. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane górne 70% leżało na prawo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 250 gσ = 5 g70%
x = g
9.Przedziały ufnościŚredni
n = 15, sd​ = 0,50LUd̄ = −9,2E = ?99%

U 15 pacjentów mierzy się ciśnienie krwi przed leczeniem i po nim. Różnice d = przed − po (mmHg) mają średnią −9,2 i odchylenie standardowe 0,5. Wyznacz margines błędu E przedziału ufności 99 % dla średniej różnicy.

n = 15d̄ = −9,2sd = 0,599%t(14) = 2,977
E = mmHg
10.Przedziały ufnościTrudny
σ = 31, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

Odchylenie standardowe populacji wynosi 31. Jak liczna musi być próba n, aby przedział ufności 99% dla średniej miał margines błędu co najwyżej 4?

σ = 31E = 499%
n =
11.Testy hipotez i przedziały ufnościŚredni
t −1,98401,984

Próba 100 studentów ma średni wynik 121 i odchylenie standardowe z próby 15. Wyznacz statystykę testową t dla H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 121s = 15n = 100
t =
12.Testy hipotez i przedziały ufnościTrudny
z −1,9601,96

Próba 49 pomiarów ma średnią 499,7. Odchylenie standardowe populacji wynosi 10. Wyznacz dolną granicę L przedziału ufności 95 % dla średniej.

x̄ = 499,7σ = 10n = 4995%
L =
13.Regresja liniowa i korelacjaŚredni
xy126226323424524xy2423242526

Tabela podaje 5 par obserwacji x = wiek samochodu w latach i y = cena w tys. €. Wyznacz współczynnik korelacji Pearsona r.

n = 5
r =
14.Regresja liniowa i korelacjaTrudny
xy2544556648781086xy510607080x = 9

Tabela podaje 5 par obserwacji x = liczba godzin nauki i y = wynik egzaminu. Użyj prostej najmniejszych kwadratów ŷ = a + b·x. Wyznacz prognozę ŷ dla x = 9.

n = 5x = 9
ŷ =
15.Testy chi-kwadratŚredni
kaszelbrak kaszluSumapalący3981120niepalący154560Suma54126180

Tabela kontyngencji pokazuje liczebności obserwowane. Oblicz statystykę chi-kwadrat χ² testu niezależności zmiennych wierszowej i kolumnowej. Nie stosuj poprawki na ciągłość.

N = 1802 × 2
χ² =
16.Testy chi-kwadratTrudny

Test zgodności chi-kwadrat porównuje liczebności obserwowane w 11 kategoriach z w pełni określonymi oczekiwanymi udziałami (żadne parametry nie są estymowane z danych). Ile stopni swobody df ma test?

k = 11
df =

3Roztwory

1.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: A · Test U Manna–Whitneya

Dlaczego to jest odpowiedź

Test U Manna–Whitneya porównuje rangi między dwiema niepowiązanymi grupami. Test znaków rangowanych Wilcoxona jest przeznaczony dla prób zależnych.

Odpowiedź

A · Test U Manna–Whitneya
2.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: B · Trafność diagnostyczną (równoczesną)

Dlaczego to jest odpowiedź

Trafność równoczesną wykazuje się, gdy nowe narzędzie zgadza się z uznanym narzędziem zastosowanym mniej więcej w tym samym czasie.

Odpowiedź

B · Trafność diagnostyczną (równoczesną)
3.Statystyka opisowa

Odpowiedź: s = 14,83

Statystyka opisowa: średnia to suma podzielona przez n; mediana to środkowa wartość uporządkowanych danych (średnia dwóch środkowych, gdy n jest parzyste). Odchylenie standardowe z próby to s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Wynik z = (x − μ)/σ mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej.

Średnia

x̄ = 234/6 = 39

Kwadraty odchyleń

Σ(x − x̄)² = 20² + (−23)² + 8² + (−1)² + (−9)² + 5² = 1100

Odchylenie standardowe

s = √(1100/5) = 14,83

Odpowiedź

s = 14,83
4.Statystyka opisowa

Odpowiedź: P = 0,6554

Statystyka opisowa: średnia to suma podzielona przez n; mediana to środkowa wartość uporządkowanych danych (średnia dwóch środkowych, gdy n jest parzyste). Odchylenie standardowe z próby to s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Wynik z = (x − μ)/σ mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej.

Standaryzuj

z = 0,4

Tablica rozkładu normalnego

Φ(0,4) = 0,6554
P = 0,6554

Odpowiedź

P = 0,6554
5.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: Var(X) = 2,527

Dyskretne zmienne losowe: rozkład prawdopodobieństwa wymienia każdą wartość x, jaką może przyjąć zmienna, wraz z jej prawdopodobieństwem p(x); prawdopodobieństwa mieszczą się między 0 a 1 i sumują się do 1. Wartość oczekiwana (średnia) to E(X) = Σx·p(x), średnia w długim okresie. Wariancja to Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², a odchylenie standardowe σ = √Var(X). Dla zmiany liniowej Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) i σY = |a|·σX; dodanie stałej nie zmienia rozrzutu.

Średnia

μ = 0·0,35 + 1·0,1 + 2·0,1 + 3·0,25 + 4·0,2 = 1,85

Średnia kwadratów

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,1 + 4·0,1 + 9·0,25 + 16·0,2 = 5,95

Wariancja

Var(X) = 5,95 − 1,85² = 2,527

Odpowiedź

Var(X) = 2,527
6.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: σY = 21,42

Dyskretne zmienne losowe: rozkład prawdopodobieństwa wymienia każdą wartość x, jaką może przyjąć zmienna, wraz z jej prawdopodobieństwem p(x); prawdopodobieństwa mieszczą się między 0 a 1 i sumują się do 1. Wartość oczekiwana (średnia) to E(X) = Σx·p(x), średnia w długim okresie. Wariancja to Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², a odchylenie standardowe σ = √Var(X). Dla zmiany liniowej Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) i σY = |a|·σX; dodanie stałej nie zmienia rozrzutu.

Rozrzut X

μ = 24,5, Var(X) = 114,8, σX = 10,71

Zmiana liniowa

σY = |−2|·10,71 = 21,42

Odpowiedź

σY = 21,42

Średnia się przesuwa: E(Y) = −2·24,5 + 1 = −48.

7.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,8973

Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.

Wyniki z

z₁ = (77,5 − 100)/15 = −1,5
z₂ = (127 − 100)/15 = 1,8

Pole pomiędzy

P = Φ(1,8) − Φ(−1,5) = 0,9641 − 0,06681 = 0,8973

Odpowiedź

P = 0,8973
8.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 247,4 g

Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.

Pole po lewej

Φ(z) = 0,3

z z tablicy

z ≈ −0,52

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 250 − 0,52·5 = 247,4 g

Odpowiedź

x = 247,4 g
9.Przedziały ufności

Odpowiedź: E = 0,3843 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.

Wartość krytyczna

df = 14, t = 2,977

Margines błędu

E = 2,977·0,5/√15 = 0,3843

Odpowiedź

E = 0,3843 mmHg
10.Przedziały ufności

Odpowiedź: n = 399

Przedział ufności dla średniej: x̄ ± margines błędu. Przy znanym σ populacji margines wynosi z·σ/√n; gdy znasz tylko odchylenie standardowe z próby s, użyj t z n − 1 stopniami swobody: t·s/√n. Wartości krytyczne: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). Aby uzyskać margines E lub mniejszy, potrzebujesz n ≥ (z·σ/E)², zaokrąglone w górę.

Wyznacz n

n = (2,576·31/4)² = 398,6

Zaokrąglij w górę

Liczebność próby jest liczbą całkowitą, a zaokrąglenie w dół dałoby za duży margines.

n = 399

Odpowiedź

n = 399
11.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: t = 0,6667

Test dla średniej: statystyka testowa mierzy, o ile błędów standardowych średnia z próby leży od wartości z H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), gdy σ jest znane, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), gdy szacuje się je z próby. Przedział ufności to x̄ ± (wartość krytyczna)·(błąd standardowy).

Błąd standardowy

SE = 15/√100 = 15/10 = 1,5

Statystyka testowa

t = (121 − 120)/1,5 = 0,6667

Odpowiedź

t = 0,6667
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| < 1.984, więc nie ma podstaw do odrzucenia H₀ na poziomie 5 % (test dwustronny).

12.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: L = 496,9

Test dla średniej: statystyka testowa mierzy, o ile błędów standardowych średnia z próby leży od wartości z H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), gdy σ jest znane, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), gdy szacuje się je z próby. Przedział ufności to x̄ ± (wartość krytyczna)·(błąd standardowy).

Margines błędu

E = 1,96·10/√49 = 2,8

Granica przedziału

L = 499,7 − 2,8 = 496,9

Odpowiedź

L = 496,9
13.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: r = −0,7071

Regresja metodą najmniejszych kwadratów: przy średnich x̄ i ȳ oraz Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² i Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) prosta ŷ = a + b·x ma współczynnik kierunkowy b = Sxy/Sxx i wyraz wolny a = ȳ − b·x̄, więc zawsze przechodzi przez punkt (x̄, ȳ). Współczynnik korelacji Pearsona r = Sxy/√(Sxx·Syy) leży między −1 a 1; r² to część zmienności y wyjaśniona przez prostą.

Średnie

x̄ = 15/5 = 3
ȳ = 123/5 = 24,6

Sumy kwadratów i iloczynów

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −6
Syy = Σ(y − ȳ)² = 7,2

Współczynnik korelacji

r = −6/√(10·7,2) = −0,7071

Odpowiedź

r = −0,7071
14.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: ŷ = 80,45

Regresja metodą najmniejszych kwadratów: przy średnich x̄ i ȳ oraz Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² i Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) prosta ŷ = a + b·x ma współczynnik kierunkowy b = Sxy/Sxx i wyraz wolny a = ȳ − b·x̄, więc zawsze przechodzi przez punkt (x̄, ȳ). Współczynnik korelacji Pearsona r = Sxy/√(Sxx·Syy) leży między −1 a 1; r² to część zmienności y wyjaśniona przez prostą.

Średnie

x̄ = 30/5 = 6
ȳ = 337/5 = 67,4

Sumy kwadratów i iloczynów

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

Prosta regresji

b = 174/40 = 4,35
a = 67,4 − 4,35·6 = 41,3
ŷ = 41,3 + 4,35·x

Prognoza

ŷ = 41,3 + 4,35·9 = 80,45

Odpowiedź

ŷ = 80,45
15.Testy chi-kwadrat

Odpowiedź: χ² = 1,071

Testy chi-kwadrat: porównaj liczebności obserwowane O z liczebnościami E oczekiwanymi przy H₀ za pomocą χ² = Σ(O − E)²/E. Test zgodności: E = n·p dla każdej kategorii, df = k − 1 (minus jeden za każdy parametr estymowany z danych). Niezależność w tabeli r × c: E = suma wiersza × suma kolumny / suma ogólna, df = (r − 1)(c − 1). Odrzuć H₀, gdy χ² przekracza wartość krytyczną dla wybranego α.

Liczebności oczekiwane

palący: 120·54/180 = 36, 120·126/180 = 84
niepalący: 60·54/180 = 18, 60·126/180 = 42

Statystyka chi-kwadrat

χ² = (39 − 36)²/36 + (81 − 84)²/84 + (15 − 18)²/18 + (45 − 42)²/42
χ² = 1,071

Odpowiedź

χ² = 1,071

df = 1. Przy α = 0,05 wartość krytyczna wynosi 3,841, więc decyzja dotycząca H₀ (niezależności): brak podstaw do odrzucenia.

16.Testy chi-kwadrat

Odpowiedź: df = 10

Testy chi-kwadrat: porównaj liczebności obserwowane O z liczebnościami E oczekiwanymi przy H₀ za pomocą χ² = Σ(O − E)²/E. Test zgodności: E = n·p dla każdej kategorii, df = k − 1 (minus jeden za każdy parametr estymowany z danych). Niezależność w tabeli r × c: E = suma wiersza × suma kolumny / suma ogólna, df = (r − 1)(c − 1). Odrzuć H₀, gdy χ² przekracza wartość krytyczną dla wybranego α.

Stopnie swobody

df = 11 − 1 = 10

Odpowiedź

df = 10

ExamProblems · examproblems.com/courses/research-methods-psychology