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

W rozkładzie prawoskośnym (o dodatniej skośności), np. dochodów:

  1. AŚrednia jest większa od mediany
  2. BŚrednia i mediana są zawsze równe
  3. CNie ma wyników skrajnych
  4. DŚrednia jest mniejsza od mediany
2.Metody badawcze w psychologiiTrudny

Skala samoopisowa wykazuje, że osoby zgadzające się z wieloma stwierdzeniami uzyskują wysokie wyniki niezależnie od treści. Jakie to obciążenie odpowiedzi i jak można je ograniczyć?

  1. ACharakterystyki żądań; zastosować schemat podwójnie ślepy
  2. BEfekty kolejności; zrównoważyć kolejność uczestników
  3. CObciążenie aprobatą społeczną; użyć większej próby
  4. DTendencja do potakiwania; włączyć pozycje odwrócone
3.Statystyka opisowaŚredni
1520253035404550

Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 34, 39, 53, 15, 32, 21, 46.

n = 7
s =
4.Statystyka opisowaTrudny
z −2−1012

Wyniki egzaminu mają rozkład normalny ze średnią 100 i odchyleniem standardowym 5. Wyznacz wynik z z dla wyniku 90.

μ = 100σ = 5x = 90
z =
5.PrawdopodobieństwoŚredni
xp(x)100,35200,2300,2400,25μ = 23,5

Dla pokazanego rozkładu wyznacz odchylenie standardowe σ zmiennej X.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,35, 0,2, 0,2, 0,25
σ =
6.PrawdopodobieństwoTrudny
n = 10, p = 0,3: P(X ≤ 1) = ?k012345678910

Testuje się 10 elementów, a każdy psuje się niezależnie z prawdopodobieństwem 0,3. Jakie jest prawdopodobieństwo P, że zepsuje się co najwyżej jeden?

n = 10p = 0,3
P =
7.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole na prawo od z = 0,9625

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole pod standardową krzywą normalną, na prawo od z, wynosiło 0,9625. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,9625
z =
8.Rozkład normalnyTrudny
μ = 32x = ?95%

Rozkład czasów dostawy jest normalny ze średnią 32 min i odchyleniem standardowym 6 min. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 95% wszystkich wartości (95. percentyl).

μ = 32σ = 6P = 95%
x = min
9.Przedziały ufnościŚredni
x̄E₁ = 2,695%, n = 64x̄E₂ = ?99%, n = 576

Przedział ufności 95 % dla średniej, oparty na 64 obserwacjach i znanym σ, ma margines błędu 2,6. Jaki jest margines błędu E₂ przedziału 99 % opartego na 576 obserwacjach?

95%n₁ = 64E₁ = 2,699%n₂ = 576
E₂ =
10.Przedziały ufnościTrudny
σ = 24, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

Odchylenie standardowe populacji wynosi 24. Jak liczna musi być próba n, aby przedział ufności 95% dla średniej miał margines błędu co najwyżej 4?

σ = 24E = 495%
n =
11.Testy hipotez i przedziały ufnościŚredni
1,5p = ?

Twierdzi się, że średnia populacji wynosi 50; odchylenie standardowe populacji jest znane i wynosi 18. Losowa próba 144 obserwacji ma średnią 52,25. Przetestuj H₀: μ = 50 przeciw H₁: μ > 50. Wyznacz wartość p p.

μ₀ = 50σ = 18n = 144x̄ = 52,25H₁: μ > μ₀
p =
12.Testy hipotez i przedziały ufnościTrudny
−1,961,96z = ?

W badaniu klinicznym wyzdrowiało 60 z 200 pacjentów leczonych metodą A i 48 z 300 pacjentów leczonych metodą B. Korzystając z frakcji łącznej, wyznacz statystykę testową z dla H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 60n₁ = 200x₂ = 48n₂ = 300
z =
13.Regresja liniowa i korelacjaŚredni
xy125222318417513xy24152025

Tabela podaje 5 par obserwacji x = wiek samochodu w latach i y = cena w tys. €. Podane są ich sumy. Wyznacz z tych sum współczynnik korelacji Pearsona r.

n = 5Σx = 15Σy = 95Σx² = 55Σy² = 1891Σxy = 256
r =
14.Regresja liniowa i korelacjaTrudny
xy1656186420812278249126105xy20256080100ŷ = 61

Tabela podaje 6 par obserwacji x = temperatura w °C i y = liczba sprzedanych lodów. Użyj prostej najmniejszych kwadratów ŷ = a + b·x. Dla jakiej wartości x prosta przewiduje ŷ = 61?

n = 6ŷ = 61
x =
15.Testy chi-kwadratŚredni
bez wadydrobnapoważnaSumazmiana dzienna30221971zmiana nocna4382374Suma733042145

Tabela kontyngencji pokazuje liczebności obserwowane. W teście niezależności chi-kwadrat wyznacz liczebność oczekiwaną E dla komórki „zmiana dzienna, poważna”.

suma wiersza = 71suma kolumny = 42N = 145
E =
16.Testy chi-kwadratTrudny
taknieSumalinia 1243660linia 27624100linia 3202040Suma12080200dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Tabela pokazuje liczebności obserwowane. Sprawdź na poziomie α = 0,05, czy obie zmienne są niezależne (bez poprawki na ciągłość). Oblicz statystykę testową χ², a potem porównaj ją z wartością krytyczną z tabeli.

N = 2003 × 2α = 0,05
χ² =

3Roztwory

1.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: A · Średnia jest większa od mediany

Dlaczego to jest odpowiedź

Kilka bardzo wysokich wartości w prawym ogonie podnosi średnią powyżej mediany, dlatego przy danych skośnych często podaje się medianę.

Odpowiedź

A · Średnia jest większa od mediany
2.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: D · Tendencja do potakiwania; włączyć pozycje odwrócone

Dlaczego to jest odpowiedź

Potakiwanie to tendencja do zgadzania się z pozycjami. Mieszanie pozycji sformułowanych pozytywnie i negatywnie sprawia, że zgadzanie się ze wszystkim nie daje już skrajnego wyniku.

Odpowiedź

D · Tendencja do potakiwania; włączyć pozycje odwrócone
3.Statystyka opisowa

Odpowiedź: s = 13,31

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 = 240/7 = 34,29

Kwadraty odchyleń

Σ(x − x̄)² = (−0,2857)² + 4,714² + 18,71² + (−19,29)² + (−2,286)² + (−13,29)² + 11,71² = 1063

Odchylenie standardowe

s = √(1063/6) = 13,31

Odpowiedź

s = 13,31
4.Statystyka opisowa

Odpowiedź: z = −2

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 = (90 − 100)/5 = −2

Odpowiedź

z = −2
5.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: σ = 11,95

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 = 10·0,35 + 20·0,2 + 30·0,2 + 40·0,25 = 23,5

Średnia kwadratów

E(X²) = 100·0,35 + 400·0,2 + 900·0,2 + 1600·0,25 = 695

Wariancja

Var(X) = 695 − 23,5² = 142,8
σ = √142,8 = 11,95

Odpowiedź

σ = 11,95
6.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: P = 0,1493

Prawdopodobieństwo: przy jednakowo prawdopodobnych wynikach P(A) = sprzyjające/wszystkie. Dla zdarzeń niezależnych mnożymy: P(A i B) = P(A)·P(B). Często pomaga zdarzenie przeciwne: P(co najmniej jedno) = 1 − P(żadne). Rozkład dwumianowy: w n niezależnych próbach z prawdopodobieństwem sukcesu p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Zero i jedna awaria

P(X = 0) = 0,710 = 0,02825
P(X = 1) = 10·0,3·0,79 = 0,1211

Dodaj

P = 0,02825 + 0,1211 = 0,1493

Odpowiedź

P = 0,1493
7.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = −1,78

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 na lewo od z

Φ(z) = 1 − 0,9625 = 0,0375

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,0375 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = −1,78

Odpowiedź

z = −1,78
8.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 41,87 min

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.

z dla percentyla

Φ(z) = 0,95 → z = 1,645

Powrót do x

x = 32 + 1,645·6 = 41,87 min

Odpowiedź

x = 41,87 min
9.Przedziały ufności

Odpowiedź: E₂ = 1,139

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Stosunek marginesów

E₂/E₁ = (2,576/1,96)·√(64/576) = 0,4381

Nowy margines

E₂ = 2,6·0,4381 = 1,139

Odpowiedź

E₂ = 1,139
10.Przedziały ufności

Odpowiedź: n = 139

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 = (1,96·24/4)² = 138,3

Zaokrąglij w górę

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

n = 139

Odpowiedź

n = 139
11.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: p = 0,06681

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.

Statystyka testowa

SE = σ/√n = 18/√144 = 1,5
z = (52,25 − 50)/1,5 = 1,5

Pole ogona

Φ(1,5) = 0,9332
1 − Φ(1,5) = 0,0668

Wartość p

p = 0,06681

Odpowiedź

p = 0,06681

p > 0,05, więc nie ma podstaw do odrzucenia H₀ na poziomie 5 %.

12.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: z = 3,727

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.

Frakcje z prób

p̂₁ = 60/200 = 0,3
p̂₂ = 48/300 = 0,16
p̂ = 108/500 = 0,216

Błąd standardowy przy H₀

SE = √(0,216·0,784·(1/200 + 1/300)) = 0,03757

Statystyka testowa

z = (0,3 − 0,16)/0,03757 = 3,727

Odpowiedź

z = 3,727

|z| > 1,96, więc H₀ odrzuca się na poziomie 5 % (test dwustronny).

13.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: r = −0,9889

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.

Sumy scentrowane

Sxy = 256 − 15·95/5 = −29
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 1891 − 95²/5 = 86

Współczynnik korelacji

r = −29/√(10·86) = −0,9889

Odpowiedź

r = −0,9889
14.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: x = 17,06

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 = 126/6 = 21
ȳ = 475/6 = 79,17

Sumy kwadratów i iloczynów

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 323

Prosta regresji

b = 323/70 = 4,614
a = 79,17 − 4,614·21 = −17,73
ŷ = −17,73 + 4,614·x

Wyznacz x

x = (61 − (−17,73))/4,614 = 17,06

Odpowiedź

x = 17,06
15.Testy chi-kwadrat

Odpowiedź: E = 20,57

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.

Liczebność oczekiwana

E = 71·42/145 = 20,57

Odpowiedź

E = 20,57
16.Testy chi-kwadrat

Odpowiedź: χ² = 22,33

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

linia 1: 36, 24
linia 2: 60, 40
linia 3: 24, 16

Statystyka chi-kwadrat

χ² = (24 − 36)²/36 + (36 − 24)²/24 + (76 − 60)²/60 + (24 − 40)²/40 + (20 − 24)²/24 + (20 − 16)²/16
χ² = 22,33

Decyzja

df = 2, χ²crit = 5,991
22,33 > 5,991

Odpowiedź

χ² = 22,33

χ² jest większe od wartości krytycznej, więc H₀ zostaje odrzucona: zmienne wydają się powiązane.

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