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

Student uzyskuje 130 punktów w teście o średniej 100 i odchyleniu standardowym 15. Jaki jest jego wynik z?

  1. A0,5
  2. B1,5
  3. C3,0
  4. D2,0
2.Metody badawcze w psychologiiTrudny

Badanie pokazuje, że studenci, którzy więcej śpią, mają lepsze oceny. Jaka zmiana planu najlepiej pozwoliłaby na wniosek przyczynowy?

  1. ADokładniejszy pomiar ocen
  2. BLosowy przydział studentów do różnych planów snu
  3. CDwukrotne raportowanie snu przez studentów i uśrednienie obu raportów
  4. DPrzebadanie większej liczby studentów
3.Statystyka opisowaŚredni
2025303540455055

Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 44, 16, 21, 40, 56, 25.

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

Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 170 i odchyleniem standardowym 15. Jaka część P wartości leży poniżej 140?

μ = 170σ = 15x = 140
P =
5.PrawdopodobieństwoŚredni
xp(x)100,2200,2300,3400,3μ = 27

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

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,2, 0,2, 0,3, 0,3
Var(X) =
6.PrawdopodobieństwoTrudny
n = 7, p = 0,3: P(X ≤ 1) = ?k01234567

Testuje się 7 elementów, a każdy psuje się niezależnie z prawdopodobieństwem 0,3. Jakie jest prawdopodobieństwo P, że zepsuje się co najwyżej jeden?

n = 7p = 0,3
P =
7.Rozkład normalnyŚredni
680 kg730,9 kgT = X₁ + … + X₈?

Masy pasażerów z bagażem są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 85 kg i odchyleniem standardowym 12 kg. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że łączna masa 8 z nich przekroczy 730,9 kg. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 8> 730,9 kg
P =
8.Rozkład normalnyTrudny
157164171178185192199cmdół 5%

Rozkład wzrostu dorosłych mężczyzn jest normalny ze średnią 178 cm i odchyleniem standardowym 7 cm. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane dolne 5% leżało na lewo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 178 cmσ = 7 cm5%
x = cm
9.Przedziały ufnościŚredni
n = 12, sd​ = 0,60L = ?Ud̄ = 2,1E99%

U 12 pacjentów mierzy się ciśnienie krwi przed leczeniem i po nim. Różnice d = przed − po (mmHg) mają średnią 2,1 i odchylenie standardowe 0,6. Wyznacz dolną granicę przedziału ufności 99 % dla średniej różnicy.

n = 12d̄ = 2,1sd = 0,699%t(11) = 3,106
dolna granica = mmHg
10.Przedziały ufnościTrudny
σ = 35, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

Odchylenie standardowe populacji wynosi 35. Jak liczna musi być próba n, aby przedział ufności 99% dla średniej miał margines błędu co najwyżej 4?

σ = 35E = 499%
n =
11.Testy hipotez i przedziały ufnościŚredni
−1,961,96z = ?

Dwie linie produkcyjne wytwarzają tę samą część. Linia 1: próba 30 części ma średnią długość 137 mm, a znane odchylenie standardowe linii wynosi 10 mm. Linia 2: próba 50 części ma średnią 135,9 mm, znane odchylenie standardowe 4 mm. Wyznacz statystykę testową z dla H₀: μ₁ = μ₂, przyjmując różnicę jako x̄₁ − x̄₂ (linia 1 minus linia 2).

n₁ = 30x̄₁ = 137 mmσ₁ = 10 mmn₂ = 50x̄₂ = 135,9 mmσ₂ = 4 mm
z =
12.Testy hipotez i przedziały ufnościTrudny
−1,961,96z = ?

W badaniu klinicznym wyzdrowiało 38 z 150 pacjentów leczonych metodą A i 34 z 100 pacjentów leczonych metodą B. Korzystając z frakcji łącznej, wyznacz statystykę testową z dla H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 38n₁ = 150x₂ = 34n₂ = 100
z =
13.Regresja liniowa i korelacjaŚredni
xy3535637609691180xy510607080

Tabela podaje 5 par obserwacji x = liczba godzin nauki i y = wynik egzaminu. Wyznacz współczynnik determinacji r² prostej najmniejszych kwadratów.

n = 5
r² =
14.Regresja liniowa i korelacjaTrudny
xy3415497539621165xy510405060x = 8

Tabela podaje 5 par obserwacji x = wydatki na reklamę w tys. € i y = sprzedaż w tys. €. Użyj prostej najmniejszych kwadratów ŷ = a + b·x. Wykonano nową obserwację (8, 55). Wyznacz jej resztę e = y − ŷ.

n = 5(8, 55)
e =
15.Testy chi-kwadratŚredni
niskiśredniwysokiSumamiasto1536960wieś13274080Suma286349140

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

N = 1402 × 3
χ² =
16.Testy chi-kwadratTrudny
zaliczoneniezaliczoneSumalinia 136440linia 2192140linia 3651580Suma12040160dfα = 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 = 0,01, czy obie zmienne są niezależne (bez poprawki na ciągłość). Oblicz statystykę testową χ², a potem porównaj ją z wartością krytyczną z tabeli.

N = 1603 × 2α = 0,01
χ² =

3Roztwory

1.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: D · 2,0

Dlaczego to jest odpowiedź

(130 − 100) / 15 = 2. Wynik leży dwa odchylenia standardowe powyżej średniej, wyżej niż u około 97–98% ludzi.

Odpowiedź

D · 2,0
2.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: B · Losowy przydział studentów do różnych planów snu

Dlaczego to jest odpowiedź

Tylko manipulowanie snem z losowym przydziałem kontroluje zmienne trzecie i pozwala na wnioskowanie przyczynowe, w granicach etyki.

Odpowiedź

B · Losowy przydział studentów do różnych planów snu
3.Statystyka opisowa

Odpowiedź: s = 15,45

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 = 202/6 = 33,67

Kwadraty odchyleń

Σ(x − x̄)² = 10,33² + (−17,67)² + (−12,67)² + 6,333² + 22,33² + (−8,667)² = 1193

Odchylenie standardowe

s = √(1193/5) = 15,45

Odpowiedź

s = 15,45
4.Statystyka opisowa

Odpowiedź: P = 0,02275

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 = −2

Tablica rozkładu normalnego

Φ(−2) = 0,02275
P = 0,02275

Odpowiedź

P = 0,02275
5.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: Var(X) = 121

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 = 10·0,2 + 20·0,2 + 30·0,3 + 40·0,3 = 27

Średnia kwadratów

E(X²) = 100·0,2 + 400·0,2 + 900·0,3 + 1600·0,3 = 850

Wariancja

Var(X) = 850 − 27² = 121

Odpowiedź

Var(X) = 121
6.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: P = 0,3294

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) = 0,77 = 0,08235
P(X = 1) = 7·0,3·0,76 = 0,2471

Dodaj

P = 0,08235 + 0,2471 = 0,3294

Odpowiedź

P = 0,3294
7.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,06681

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 = 680 kg, σT = 12·√8 = 33,94 kg

Standaryzuj

z = (730,9 − 680)/33,94 = 1,5

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(1,5) = 0,06681

Odpowiedź

P = 0,06681
8.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 166,5 cm

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) = 0,05

z z tablicy

z ≈ −1,64

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 178 − 1,64·7 = 166,5 cm

Odpowiedź

x = 166,5 cm
9.Przedziały ufności

Odpowiedź: dolna granica = 1,562 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 = 11, t = 3,106

Margines błędu

E = 3,106·0,6/√12 = 0,538

Przedział

2,1 ± 0,538 → [1,562, 2,638]

Odpowiedź

dolna granica = 1,562 mmHg
10.Przedziały ufności

Odpowiedź: n = 509

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 = (2,576·35/4)² = 508,1

Zaokrąglij w górę

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

n = 509

Odpowiedź

n = 509
11.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: z = 0,5755

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.

Błąd standardowy różnicy

SE = √(10²/30 + 4²/50) = √3,653 = 1,911

Statystyka testowa

z = (137 − 135,9)/1,911 = 0,5755

Odpowiedź

z = 0,5755

|z| < 1.96, więc nie ma podstaw do odrzucenia H₀ na poziomie 5 % (test dwustronny).

12.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: z = −1,482

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 = 38/150 = 0,2533
p̂₂ = 34/100 = 0,34
p̂ = 72/250 = 0,288

Błąd standardowy przy H₀

SE = √(0,288·0,712·(1/150 + 1/100)) = 0,05846

Statystyka testowa

z = (0,2533 − 0,34)/0,05846 = −1,482

Odpowiedź

z = −1,482

|z| < 1.96, więc nie ma podstaw do odrzucenia H₀ na poziomie 5 % (test dwustronny).

13.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: r² = 0,8696

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 = 35/5 = 7
ȳ = 325/5 = 65

Sumy kwadratów i iloczynów

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 120
Syy = Σ(y − ȳ)² = 414

Współczynnik determinacji

r² = 120²/(40·414) = 0,8696

Odpowiedź

r² = 0,8696

Około 86,96% zmienności y jest wyjaśnione przez prostą.

14.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: e = −2,05

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 = 35/5 = 7
ȳ = 270/5 = 54

Sumy kwadratów i iloczynów

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 122

Prosta regresji

b = 122/40 = 3,05
a = 54 − 3,05·7 = 32,65
ŷ = 32,65 + 3,05·x

Wartość przewidywana

ŷ = 32,65 + 3,05·8 = 57,05

Reszta

e = 55 − 57,05 = −2,05

Odpowiedź

e = −2,05

Punkt leży pod prostą.

15.Testy chi-kwadrat

Odpowiedź: χ² = 18,56

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: 60·28/140 = 12, 60·63/140 = 27, 60·49/140 = 21
wieś: 80·28/140 = 16, 80·63/140 = 36, 80·49/140 = 28

Statystyka chi-kwadrat

χ² = (15 − 12)²/12 + (36 − 27)²/27 + (9 − 21)²/21 + (13 − 16)²/16 + (27 − 36)²/36 + (40 − 28)²/28
χ² = 18,56

Odpowiedź

χ² = 18,56

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

16.Testy chi-kwadrat

Odpowiedź: χ² = 22,6

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: 30, 10
linia 2: 30, 10
linia 3: 60, 20

Statystyka chi-kwadrat

χ² = (36 − 30)²/30 + (4 − 10)²/10 + (19 − 30)²/30 + (21 − 10)²/10 + (65 − 60)²/60 + (15 − 20)²/20
χ² = 22,6

Decyzja

df = 2, χ²crit = 9,210
22,6 > 9,210

Odpowiedź

χ² = 22,6

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

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