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

Rzetelność metodą połówkową polega na:

  1. AWykorzystaniu dwóch obserwatorów, każdego na połowie sesji
  2. BBadaniu dwóch połówek próby w różnym czasie
  3. CPodziale próby na grupę eksperymentalną i kontrolną oraz porównaniu ich wyników
  4. DPorównaniu wyników w dwóch połowach tego samego testu w celu sprawdzenia zgodności wewnętrznej
2.Metody badawcze w psychologiiTrudny

Miary wielkości efektu, takie jak d Cohena, podaje się, ponieważ:

  1. AMówią, ilu uczestników zrezygnowało
  2. BPokazują, jak duży jest efekt, niezależnie od liczebności próby
  3. CZastępują potrzebę stawiania hipotez
  4. DPokazują, czy wynik jest statystycznie istotny na wybranym poziomie alfa
3.Statystyka opisowaŚredni
20253035404550

Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 54, 32, 51, 18, 53.

n = 5
s =
4.Statystyka opisowaTrudny
z −2−1012

Wyniki egzaminu mają rozkład normalny ze średnią 100 i odchyleniem standardowym 8. Wyznacz wynik z z dla wyniku 90,4.

μ = 100σ = 8x = 90,4
z =
5.PrawdopodobieństwoŚredni
xp(x)100,15200,15300,35400,35μ = 29

Dla pokazanego rozkładu wyznacz odchylenie standardowe σ zmiennej X.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,15, 0,15, 0,35, 0,35
σ =
6.PrawdopodobieństwoTrudny
n = 9, p = 0,5: P(X = 3) = ?k0123456789

Test ma 9 pytań wielokrotnego wyboru. Studentka, która zgaduje, odpowiada poprawnie na każde z prawdopodobieństwem 0,5, niezależnie. Jakie jest prawdopodobieństwo P dokładnie 3 poprawnych odpowiedzi?

n = 9p = 0,5k = 3
P =
7.Rozkład normalnyŚredni
300 kg303,5 kgT = X₁ + … + X₁₂?

Masy worków cementu są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 25 kg i odchyleniem standardowym 0,5 kg. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że łączna masa 12 z nich przekroczy 303,5 kg. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 12> 303,5 kg
P =
8.Rozkład normalnyTrudny
10 g0X − Y?

Masa X produktu z linii 1 i masa Y produktu z linii 2 są niezależnymi zmiennymi o rozkładzie normalnym: X ma średnią 500 g i odchylenie standardowe 8 g, Y ma średnią 490 g i odchylenie standardowe 6 g. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że X jest większe od Y. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
9.Przedziały ufnościŚredni
n = 7, sd​ = 7,70LUd̄ = 4,8E = ?99%

U 7 pacjentów mierzy się ciśnienie krwi przed leczeniem i po nim. Różnice d = przed − po (mmHg) mają średnią 4,8 i odchylenie standardowe 7,7. Wyznacz margines błędu E przedziału ufności 99 % dla średniej różnicy.

n = 7d̄ = 4,8sd = 7,799%t(6) = 3,707
E = mmHg
10.Przedziały ufnościTrudny
σ = 36, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1,599%

Odchylenie standardowe populacji wynosi 36. Jak liczna musi być próba n, aby przedział ufności 99% dla średniej miał margines błędu co najwyżej 1,5?

σ = 36E = 1,599%
n =
11.Testy hipotez i przedziały ufnościŚredni
−1,961,96z = ?

Dwie linie produkcyjne wytwarzają tę samą część. Linia 1: próba 60 części ma średnią długość 147 mm, a znane odchylenie standardowe linii wynosi 3 mm. Linia 2: próba 100 części ma średnią 145,6 mm, znane odchylenie standardowe 6 mm. Wyznacz statystykę testową z dla H₀: μ₁ = μ₂, przyjmując różnicę jako x̄₁ − x̄₂ (linia 1 minus linia 2).

n₁ = 60x̄₁ = 147 mmσ₁ = 3 mmn₂ = 100x̄₂ = 145,6 mmσ₂ = 6 mm
z =
12.Testy hipotez i przedziały ufnościTrudny
−1,961,96z = ?

W badaniu klinicznym wyzdrowiało 54 z 120 pacjentów leczonych metodą A i 60 z 120 pacjentów leczonych metodą B. Korzystając z frakcji łącznej, wyznacz statystykę testową z dla H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 54n₁ = 120x₂ = 60n₂ = 120
z =
13.Regresja liniowa i korelacjaŚredni
xy367472578675782892xy468708090

Tabela podaje 6 par obserwacji x = liczba godzin nauki i y = wynik egzaminu. Podane są ich sumy. Wyznacz z tych sum współczynnik korelacji Pearsona r.

n = 6Σx = 33Σy = 466Σx² = 199Σy² = 36570Σxy = 2639
r =
14.Regresja liniowa i korelacjaTrudny
xy1765207723892611029122xy20253080100120x = 18,5

Tabela podaje 5 par obserwacji x = temperatura w °C i y = liczba sprzedanych lodów. Użyj prostej najmniejszych kwadratów ŷ = a + b·x. Wykonano nową obserwację (18,5, 68). Wyznacz jej resztę e = y − ŷ.

n = 5(18,5, 68)
e =
15.Testy chi-kwadratŚredni
autobusrowersamochódSumastudenci12274180pracownicy12373180Suma246472160

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

N = 1602 × 3
χ² =
16.Testy chi-kwadratTrudny
taknieSumazakład A243660zakład B285280zakład C146680Suma66154220dfα = 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 = 2203 × 2α = 0,01
χ² =

3Roztwory

1.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: D · Porównaniu wyników w dwóch połowach tego samego testu w celu sprawdzenia zgodności wewnętrznej

Dlaczego to jest odpowiedź

Jeśli obie połowy mierzą ten sam konstrukt, wyniki w nich powinny być silnie skorelowane. Alfa Cronbacha rozszerza tę ideę na wszystkie możliwe podziały.

Odpowiedź

D · Porównaniu wyników w dwóch połowach tego samego testu w celu sprawdzenia zgodności wewnętrznej
2.Metody badawcze w psychologii

Odpowiedź: B · Pokazują, jak duży jest efekt, niezależnie od liczebności próby

Dlaczego to jest odpowiedź

Przy dużych próbach nawet drobne efekty mogą być istotne. Wielkość efektu wyraża rozmiar różnicy, np. d = 0,2 mały, 0,5 średni, 0,8 duży.

Odpowiedź

B · Pokazują, jak duży jest efekt, niezależnie od liczebności próby
3.Statystyka opisowa

Odpowiedź: s = 15,98

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 = 208/5 = 41,6

Kwadraty odchyleń

Σ(x − x̄)² = 12,4² + (−9,6)² + 9,4² + (−23,6)² + 11,4² = 1021

Odchylenie standardowe

s = √(1021/4) = 15,98

Odpowiedź

s = 15,98
4.Statystyka opisowa

Odpowiedź: z = −1,2

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 = (90,4 − 100)/8 = −1,2

Odpowiedź

z = −1,2
5.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: σ = 10,44

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 = 10·0,15 + 20·0,15 + 30·0,35 + 40·0,35 = 29

Średnia kwadratów

E(X²) = 100·0,15 + 400·0,15 + 900·0,35 + 1600·0,35 = 950

Wariancja

Var(X) = 950 − 29² = 109
σ = √109 = 10,44

Odpowiedź

σ = 10,44
6.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: P = 0,1641

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.

Wzór dwumianowy

P(X = 3) = 84·0,53·0,56 = 84·0,125·0,01563 = 0,1641

Odpowiedź

P = 0,1641
7.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,02169

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 = 300 kg, σT = 0,5·√12 = 1,732 kg

Standaryzuj

z = (303,5 − 300)/1,732 = 2,02

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(2,02) = 0,02169

Odpowiedź

P = 0,02169
8.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,8413

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 różnicy

μ = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

Standaryzuj

z = (0 − 10)/10 = −1

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(−1) = 0,8413

Odpowiedź

P = 0,8413
9.Przedziały ufności

Odpowiedź: E = 10,79 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 = 6, t = 3,707

Margines błędu

E = 3,707·7,7/√7 = 10,79

Odpowiedź

E = 10,79 mmHg
10.Przedziały ufności

Odpowiedź: n = 3823

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 = (2,576·36/1,5)² = 3822

Zaokrąglij w górę

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

n = 3823

Odpowiedź

n = 3823
11.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: z = 1,96

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 = √(3²/60 + 6²/100) = √0,51 = 0,7141

Statystyka testowa

z = (147 − 145,6)/0,7141 = 1,96

Odpowiedź

z = 1,96

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

12.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: z = −0,7756

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 = 54/120 = 0,45
p̂₂ = 60/120 = 0,5
p̂ = 114/240 = 0,475

Błąd standardowy przy H₀

SE = √(0,475·0,525·(1/120 + 1/120)) = 0,06447

Statystyka testowa

z = (0,45 − 0,5)/0,06447 = −0,7756

Odpowiedź

z = −0,7756

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

13.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: r = 0,9353

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 = 2639 − 33·466/6 = 76
Sxx = 199 − 33²/6 = 17,5
Syy = 36570 − 466²/6 = 377,3

Współczynnik korelacji

r = 76/√(17,5·377,3) = 0,9353

Odpowiedź

r = 0,9353
14.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: e = −2,55

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 = 115/5 = 23
ȳ = 463/5 = 92,6

Sumy kwadratów i iloczynów

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 441

Prosta regresji

b = 441/90 = 4,9
a = 92,6 − 4,9·23 = −20,1
ŷ = −20,1 + 4,9·x

Wartość przewidywana

ŷ = −20,1 + 4,9·18,5 = 70,55

Reszta

e = 68 − 70,55 = −2,55

Odpowiedź

e = −2,55

Punkt leży pod prostą.

15.Testy chi-kwadrat

Odpowiedź: χ² = 2,951

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

studenci: 80·24/160 = 12, 80·64/160 = 32, 80·72/160 = 36
pracownicy: 80·24/160 = 12, 80·64/160 = 32, 80·72/160 = 36

Statystyka chi-kwadrat

χ² = (12 − 12)²/12 + (27 − 32)²/32 + (41 − 36)²/36 + (12 − 12)²/12 + (37 − 32)²/32 + (31 − 36)²/36
χ² = 2,951

Odpowiedź

χ² = 2,951

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: χ² = 9,762

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

zakład A: 18, 42
zakład B: 24, 56
zakład C: 24, 56

Statystyka chi-kwadrat

χ² = (24 − 18)²/18 + (36 − 42)²/42 + (28 − 24)²/24 + (52 − 56)²/56 + (14 − 24)²/24 + (66 − 56)²/56
χ² = 9,762

Decyzja

df = 2, χ²crit = 9,210
9,762 > 9,210

Odpowiedź

χ² = 9,762

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

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