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

Trafność wewnętrzna dotyczy tego:

  1. ACzy obserwowany efekt rzeczywiście spowodowała ZN, a nie inne czynniki
  2. BCzy wyniki dają się uogólnić poza badanie na inne populacje, sytuacje i czasy
  3. CCzy test daje te same wyniki w czasie
  4. DCzy uczestnicy uznali badanie za ciekawe
2.Metody badawcze w psychologiiTrudny

Czynnikowa ANOVA 2 × 3 pokazuje, że lek poprawia pamięć u młodych dorosłych, ale nie u starszych. Co stwierdzono?

  1. AInterakcję między lekiem a wiekiem
  2. BTylko efekt główny wieku
  3. CBłąd I rodzaju
  4. DEfekt podłogowy
3.Statystyka opisowaŚredni
1015202530354045

Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 41, 15, 10, 44, 33, 33, 49.

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

Wyniki egzaminu mają rozkład normalny ze średnią 100 i odchyleniem standardowym 15. Wyznacz wynik z z dla wyniku 106.

μ = 100σ = 15x = 106
z =
5.PrawdopodobieństwoŚredni
xp(x)100,1200,25300,35400,3μ = 28,5

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

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,1, 0,25, 0,35, 0,3
Var(X) =
6.PrawdopodobieństwoTrudny
€p(x)−30,8490,151470,01

Gra kosztuje €3. Wygrywasz €12 z prawdopodobieństwem 0,15 i €150 z prawdopodobieństwem 0,01; w pozostałych przypadkach nic nie wygrywasz. Stawka nie jest zwracana. Wyznacz oczekiwany zysk netto E(G) na jedną grę.

stawka = €3€12: p = 0,15€150: p = 0,01
E(G) = €
7.Rozkład normalnyŚredni
144 kg139,8 kgT = X₁ + … + X₁₂?

Masy pudeł są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 12 kg i odchyleniem standardowym 0,8 kg. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że łączna masa 12 z nich będzie mniejsza niż 139,8 kg. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 12< 139.8 kg
P =
8.Rozkład normalnyTrudny
235240245250255260265ggóra 60%

Rozkład mas worków jest normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 5 g. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane górne 60% leżało na prawo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 250 gσ = 5 g60%
x = g
9.Przedziały ufnościŚredni
n = 21, s = 4,5LUx̄ = 38,5E = ?95%

Próba 21 elementów ma średnią 38,5 i odchylenie standardowe s = 4,5. Populacja ma w przybliżeniu rozkład normalny. Wyznacz margines błędu E przedziału ufności 95% dla średniej.

n = 21x̄ = 38,5s = 4,595%t(20) = 2,086
E =
10.Przedziały ufnościTrudny
σ = 9, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1,599%

Odchylenie standardowe populacji wynosi 9. Jak liczna musi być próba n, aby przedział ufności 99% dla średniej miał margines błędu co najwyżej 1,5?

σ = 9E = 1,599%
n =
11.Testy hipotez i przedziały ufnościŚredni
−2,0642,064t = ?df = 24

Porównuje się dwie metody nauczania. Grupa 1: 10 uczniów, średni wynik 107,5, odchylenie standardowe 7,5. Grupa 2: 16 uczniów, średni wynik 104,5, odchylenie standardowe 8,5. Załóż równe wariancje populacji i użyj testu t dla dwóch prób z łączną wariancją. Wyznacz statystykę testową t dla H₀: μ₁ = μ₂, przyjmując różnicę jako x̄₁ − x̄₂ (grupa 1 minus grupa 2).

n₁ = 10x̄₁ = 107,5s₁ = 7,5n₂ = 16x̄₂ = 104,5s₂ = 8,5
t =
12.Testy hipotez i przedziały ufnościTrudny
μ₀x̄c

Jednostronny test z dla H₀: μ = 50 przeciw H₁: μ < 50 przeprowadza się na poziomie α = 0.01 na próbie o liczebności 64; odchylenie standardowe jest znane i wynosi 4. W rzeczywistości średnia wynosi 48.6. Wyznacz prawdopodobieństwo błędu II rodzaju β w procentach.

μ₀ = 50μ = 48,6σ = 4n = 64α = 0,01
β = %
13.Regresja liniowa i korelacjaŚredni
xy2941361882410321240xy51010203040

Tabela podaje 6 par obserwacji x = obciążenie w kN i y = wydłużenie w mm. Podane są ich sumy. Wyznacz z tych sum współczynnik korelacji Pearsona r.

n = 6Σx = 42Σy = 136Σx² = 364Σy² = 3774Σxy = 1170
r =
14.Regresja liniowa i korelacjaTrudny
xy2841261982710311239xy51010203040x = 3

Tabela podaje 6 par obserwacji x = obciążenie w kN i y = wydłużenie w mm. Użyj prostej najmniejszych kwadratów ŷ = a + b·x. Wykonano nową obserwację (3, 13). Wyznacz jej resztę e = y − ŷ.

n = 6(3, 13)
e =
15.Testy chi-kwadratŚredni
niskiśredniwysokiSumamiasto7161740wieś9201140Suma16362880

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

N = 802 × 3
χ² =
16.Testy chi-kwadratTrudny
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Test niezależności chi-kwadrat przeprowadza się na tabeli kontyngencji o 3 wierszach i 6 kolumnach (bez sum). Korzystając z tabeli, wyznacz wartość krytyczną χ²crit na poziomie istotności α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Roztwory

1.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: A · Czy obserwowany efekt rzeczywiście spowodowała ZN, a nie inne czynniki

Dlaczego to jest odpowiedź

Wysoka trafność wewnętrzna oznacza, że wykluczono alternatywne wyjaśnienia, takie jak czynniki zakłócające, charakterystyki żądań czy obciążenie eksperymentatora. Trafność zewnętrzna dotyczy uogólniania.

Odpowiedź

A · Czy obserwowany efekt rzeczywiście spowodowała ZN, a nie inne czynniki
2.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: A · Interakcję między lekiem a wiekiem

Dlaczego to jest odpowiedź

Interakcja występuje, gdy efekt jednego czynnika różni się na poziomach innego. Tutaj efekt leku zależy od grupy wiekowej.

Odpowiedź

A · Interakcję między lekiem a wiekiem
3.Statystyka opisowa

Odpowiedź: s = 14,66

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 = 225/7 = 32,14

Kwadraty odchyleń

Σ(x − x̄)² = 8,857² + (−17,14)² + (−22,14)² + 11,86² + 0,8571² + 0,8571² + 16,86² = 1289

Odchylenie standardowe

s = √(1289/6) = 14,66

Odpowiedź

s = 14,66
4.Statystyka opisowa

Odpowiedź: z = 0,4

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 = (106 − 100)/15 = 0,4

Odpowiedź

z = 0,4
5.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: Var(X) = 92,75

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 = 10·0,1 + 20·0,25 + 30·0,35 + 40·0,3 = 28,5

Średnia kwadratów

E(X²) = 100·0,1 + 400·0,25 + 900·0,35 + 1600·0,3 = 905

Wariancja

Var(X) = 905 − 28,5² = 92,75

Odpowiedź

Var(X) = 92,75
6.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: E(G) = 0,3 €

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.

Wyniki netto

G: 9 (p = 0,15), 147 (p = 0,01), −3 (p = 0,84)

Wartość oczekiwana

E(G) = 9·0,15 + 147·0,01 − 3·0,84 = 0,3 €

Odpowiedź

E(G) = 0,3 €

Wartość dodatnia oznacza, że średnio wygrywasz pieniądze.

7.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,06426

Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).

Rozkład sumy całkowitej

μT = 144 kg, σT = 0,8·√12 = 2,771 kg

Standaryzuj

z = (139,8 − 144)/2,771 = −1,52

Prawdopodobieństwo

P = Φ(−1,52) = 0,06426

Odpowiedź

P = 0,06426
8.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 248,8 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) = 0,4

z z tablicy

z ≈ −0,25

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 250 − 0,25·5 = 248,8 g

Odpowiedź

x = 248,8 g
9.Przedziały ufności

Odpowiedź: E = 2,048

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.

Wartość krytyczna

df = n − 1 = 20, t = 2,086

Margines błędu

E = 2,086·4,5/√21 = 2,048

Odpowiedź

E = 2,048
10.Przedziały ufności

Odpowiedź: n = 239

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 = (2,576·9/1,5)² = 238,9

Zaokrąglij w górę

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

n = 239

Odpowiedź

n = 239
11.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: t = 0,9143

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.

Wariancja łączna

sp² = (9·7,5² + 15·8,5²)/24 = 66,25
sp = 8,139

Błąd standardowy

SE = 8,139·√(1/10 + 1/16) = 3,281

Statystyka testowa

t = (107,5 − 104,5)/3,281 = 0,9143

Odpowiedź

t = 0,9143

Przy df = 24 dwustronna wartość krytyczna dla 5 % wynosi 2,064; |t| jest mniejsze, więc nie ma podstaw do odrzucenia H₀.

12.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: β = 31,77 %

Moc testu: moc = 1 − β to prawdopodobieństwo odrzucenia H₀, gdy jest ona fałszywa. Wyznacz próg x̄c z μ₀ i z_α, a potem oblicz prawdopodobieństwo znalezienia się poza x̄c przy prawdziwej średniej: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Krytyczna średnia z próby

SE = 4/√64 = 0,5
x̄c = 50 − 2,326·0,5 = 48,84

z przy prawdziwej średniej

z = (48,84 − 48,6)/0,5 = 0,474

Błąd II rodzaju

moc = P(Z < 0.474) = 68.23%
β = 100% − 68,23% = 31,77%

Odpowiedź

β = 31,77%
13.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: r = 0,991

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 = 1170 − 42·136/6 = 218
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 3774 − 136²/6 = 691,3

Współczynnik korelacji

r = 218/√(70·691,3) = 0,991

Odpowiedź

r = 0,991
14.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: e = 2,905

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 = 42/6 = 7
ȳ = 136/6 = 22,67

Sumy kwadratów i iloczynów

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 220

Prosta regresji

b = 220/70 = 3,143
a = 22,67 − 3,143·7 = 0,6667
ŷ = 0,6667 + 3,143·x

Wartość przewidywana

ŷ = 0,6667 + 3,143·3 = 10,1

Reszta

e = 13 − 10,1 = 2,905

Odpowiedź

e = 2,905

Punkt leży nad prostą.

15.Testy chi-kwadrat

Odpowiedź: χ² = 1,98

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

miasto: 40·16/80 = 8, 40·36/80 = 18, 40·28/80 = 14
wieś: 40·16/80 = 8, 40·36/80 = 18, 40·28/80 = 14

Statystyka chi-kwadrat

χ² = (7 − 8)²/8 + (16 − 18)²/18 + (17 − 14)²/14 + (9 − 8)²/8 + (20 − 18)²/18 + (11 − 14)²/14
χ² = 1,98

Odpowiedź

χ² = 1,98

df = 2. Przy α = 0,05 wartość krytyczna wynosi 5,991, więc decyzja dotycząca H₀ (niezależności): brak podstaw do odrzucenia.

16.Testy chi-kwadrat

Odpowiedź: χ²crit = 18,31

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 = (3 − 1)·(6 − 1) = 10

Tabela

χ²crit(df = 10, α = 0,05) = 18,307

Odpowiedź

χ²crit = 18,307

Odrzuć H₀, jeśli obliczone χ² jest większe od tej wartości.

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