Métodos de Pesquisa e Estatística em Psicologia: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 16 exercícios, com soluções completas no final.

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1Fórmulas e métodos

Estatística descritiva

Média
x̄ = Σx/n
Desvio-padrão amostral
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valor do meio dos dados ordenados
Pontuação z
z = (x − μ)/σ
Distribuição normal
68% dentro de ±1σ, 95% dentro de ±2σ

Probabilidades

Complementar
P(not A) = 1 − P(A)
Regra da adição
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Eventos independentes
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilidade condicional
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomial
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Distribuição normal

Pontuação z
z = (x − μ)/σ
Abaixo de x
P(X < x) = Φ(z)
Acima de x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Entre
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentil
x = μ + z·σ

Método

  1. Converta o valor em um escore z: z = (x − μ)/σ.
  2. Procure Φ(z), a área à esquerda de z.
  3. Para a área à direita use 1 − Φ(z); para um intervalo subtraia as duas áreas à esquerda.
  4. Para um percentil, faça o caminho inverso: encontre z para a área e depois x = μ + z·σ.

Intervalos de confiança

σ conhecido
x̄ ± z·σ/√n
σ desconhecido
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z crítico
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Tamanho da amostra
n = (z·σ/E)², rounded up

Método

  1. Escolha entre z (σ populacional conhecido) e t (só o s amostral, com n − 1 graus de liberdade).
  2. Encontre o valor crítico para o nível de confiança.
  3. Margem de erro: E = valor crítico × desvio-padrão/√n.
  4. Intervalo: x̄ ± E.

Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Teste z para uma média
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Teste t para uma média
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Bilateral a 5%
rejeite H0 se |z| > 1,96
Intervalo de confiança
x̄ ± z·σ/√n

Método

  1. Enuncie H₀ e H₁ e decida se o teste é unilateral ou bilateral.
  2. Calcule a estatística de teste: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), ou com s e t.
  3. Compare com o valor crítico, ou encontre o valor-p.
  4. Rejeite H₀ se a estatística estiver além do valor crítico (p abaixo de α) e enuncie a conclusão em palavras.

Regressão linear e correlação

Somas de quadrados
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Inclinação
b = Sxy/Sxx
Intercepto
a = ȳ − b·x̄
Correlação
r = Sxy/√(SxxSyy)
Resíduo
e = y − ŷ

Testes qui-quadrado

Estatística de teste
χ² = Σ(O − E)²/E
Aderência
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
Independência
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
Valores críticos (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
Decisão
rejeite H0 se χ² > χ²crit

2Exercícios

1.Métodos de investigação em psicologiaMédia

Em uma distribuição com assimetria positiva, como a renda:

  1. ANão há escores extremos
  2. BA média e a mediana são sempre iguais
  3. CA média é menor que a mediana
  4. DA média é maior que a mediana
2.Métodos de investigação em psicologiaDifícil

Um pesquisador compara três ou mais médias de grupo. Por que usar uma ANOVA de um fator em vez de vários testes t?

  1. AA ANOVA sempre encontra efeitos maiores que o conjunto equivalente de testes t
  2. BTestes t exigem dados qualitativos
  3. CVários testes t inflam a taxa global de erro do tipo I
  4. DTestes t não lidam com números acima de 100
3.Estatística descritivaMédia
20253035404550

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 39, 43, 19, 39, 35, 52, 39.

n = 7
s =
4.Estatística descritivaDifícil
z −2−1012

As notas de um exame seguem uma distribuição normal com média 50 e desvio-padrão 10. Calcule a pontuação z z de uma nota de 45.

μ = 50σ = 10x = 45
z =
5.ProbabilidadesMédia
xp(x)00,310,3520,35μ = 1,05

Para a distribuição mostrada, encontre a variância Var(X) de X.

x: 0, 1, 2p(x): 0,3, 0,35, 0,35
Var(X) =
6.ProbabilidadesDifícil
xp(x)10,320,230,2540,25μ

X tem a distribuição mostrada e Y = −2X + 4. Encontre o desvio padrão σY de Y.

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,2, 0,25, 0,25Y = −2X + 4
σY =
7.Distribuição normalMédia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z e z = 0,4515

Arraste z para que a área sombreada entre −z e z sob a curva normal padrão seja 0,4515. Encontre z com duas casas decimais.

A = 0,4515
z =
8.Distribuição normalDifícil
10 cm0X − Y?

As alturas X dos homens e Y das mulheres de um grupo são independentes e normais: X tem média 180 cm e desvio padrão 10 cm, Y tem média 170 cm e desvio padrão 12 cm. Encontre a probabilidade P de X ser maior que Y. Arredonde z para duas casas decimais.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Intervalos de confiançaMédia
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

A duração da bateria de dois modelos de celular é comparada. Modelo 1: 80 celulares, média 75 h, desvio-padrão conhecido 16 h. Modelo 2: 50 celulares, média 68 h, desvio-padrão conhecido 10 h. Encontre o limite inferior do intervalo de confiança de 99% para μ₁ − μ₂.

n₁ = 80x̄₁ = 75 hσ₁ = 16 hn₂ = 50x̄₂ = 68 hσ₂ = 10 h99%
limite inferior = h
10.Intervalos de confiançaDifícil
n = 11σ = ?Us = 9,195%

Os diâmetros de 11 eixos usinados têm desvio-padrão amostral de 9,1 µm. Supondo que os diâmetros tenham distribuição normal, encontre o limite inferior σ do intervalo de confiança de 95% para o desvio-padrão populacional. Com gl = 10, 2,5% da distribuição χ² fica abaixo de 3,247 e 2,5% fica acima de 20,483.

n = 11s = 9,1 µmχ² = 3,247, 20,483
σ = µm
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
−2,2282,228t = ?df = 10

11 funcionários fazem um teste de digitação antes e depois de um curso de treinamento. Para cada pessoa é registrada a diferença d = depois − antes (palavras por minuto). A diferença média é −6,64 e o desvio-padrão das diferenças é 7,1. Encontre a estatística do teste pareado t para H₀: μd = 0.

n = 11d̄ = −6,64sd = 7,1
t =
12.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
μ₀x̄c

Um teste z unilateral de H₀: μ = 100 contra H₁: μ < 100 é feito com α = 0.01 e uma amostra de 100; o desvio-padrão é conhecido e vale 10. Na realidade a média é 97. Encontre o poder 1 − β do teste em porcentagem.

μ₀ = 100μ = 97σ = 10n = 100α = 0,01
1 − β = %
13.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy144416571865208022802495xy152025406080100

A tabela dá 6 observações pareadas de x = temperatura em °C e y = sorvetes vendidos. As suas somas são dadas. Encontre o coeficiente de correlação de Pearson r a partir dessas somas.

n = 6Σx = 114Σy = 421Σx² = 2236Σy² = 31235Σxy = 8338
r =
14.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy258361462571676xy2466070ŷ = 73

A tabela dá 5 observações pareadas de x = horas de estudo e y = nota na prova. Use a reta de mínimos quadrados ŷ = a + b·x. Para que valor x a reta prevê ŷ = 73?

n = 5ŷ = 73
x =
15.Testes qui-quadradoMédia
tossesem tosseTotalfumantes8040120não fumantes503080Total13070200

A tabela de contingência mostra frequências observadas. Calcule a estatística qui-quadrado χ² para o teste de independência entre as variáveis de linha e de coluna. Não use correção de continuidade.

N = 2002 × 2
χ² =
16.Testes qui-quadradoDifícil
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

É feito um teste qui-quadrado de independência em uma tabela de contingência com 3 linhas e 5 colunas (sem contar os totais). Usando a tabela, encontre o valor crítico χ²crit ao nível de significância α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Soluções

1.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: D · A média é maior que a mediana

Porque é esta a resposta

Alguns valores muito altos na cauda direita elevam a média acima da mediana, e por isso a mediana costuma ser relatada para dados assimétricos.

Resposta

D · A média é maior que a mediana
2.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: C · Vários testes t inflam a taxa global de erro do tipo I

Porque é esta a resposta

Fazer muitos testes em pares multiplica a chance de um falso positivo. A ANOVA testa todos os grupos juntos e é seguida de testes post hoc corrigidos.

Resposta

C · Vários testes t inflam a taxa global de erro do tipo I
3.Estatística descritiva

Resposta: s = 9,95

Estatística descritiva: a média é a soma a dividir por n; a mediana é o valor central dos dados ordenados (a média dos dois centrais se n for par). O desvio-padrão amostral é s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Uma pontuação z = (x − μ)/σ diz a quantos desvios-padrão da média está um valor.

Média

x̄ = 266/7 = 38

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = 1² + 5² + (−19)² + 1² + (−3)² + 14² + 1² = 594

Desvio-padrão

s = √(594/6) = 9,95

Resposta

s = 9,95
4.Estatística descritiva

Resposta: z = −0,5

Estatística descritiva: a média é a soma a dividir por n; a mediana é o valor central dos dados ordenados (a média dos dois centrais se n for par). O desvio-padrão amostral é s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Uma pontuação z = (x − μ)/σ diz a quantos desvios-padrão da média está um valor.

Padronizar

z = (45 − 50)/10 = −0,5

Resposta

z = −0,5
5.Probabilidades

Resposta: Var(X) = 0,6475

Variáveis aleatórias discretas: uma distribuição de probabilidade lista cada valor x que uma variável pode assumir com sua probabilidade p(x); as probabilidades ficam entre 0 e 1 e somam 1. O valor esperado (média) é E(X) = Σx·p(x), a média de longo prazo. A variância é Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², e o desvio padrão é σ = √Var(X). Para uma mudança linear Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) e σY = |a|·σX; somar uma constante não muda a dispersão.

Média

μ = 0·0,3 + 1·0,35 + 2·0,35 = 1,05

Média dos quadrados

E(X²) = 0·0,3 + 1·0,35 + 4·0,35 = 1,75

Variância

Var(X) = 1,75 − 1,05² = 0,6475

Resposta

Var(X) = 0,6475
6.Probabilidades

Resposta: σY = 2,322

Variáveis aleatórias discretas: uma distribuição de probabilidade lista cada valor x que uma variável pode assumir com sua probabilidade p(x); as probabilidades ficam entre 0 e 1 e somam 1. O valor esperado (média) é E(X) = Σx·p(x), a média de longo prazo. A variância é Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², e o desvio padrão é σ = √Var(X). Para uma mudança linear Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) e σY = |a|·σX; somar uma constante não muda a dispersão.

Dispersão de X

μ = 2,45, Var(X) = 1,347, σX = 1,161

Mudança linear

σY = |−2|·1,161 = 2,322

Resposta

σY = 2,322

A média de fato se desloca: E(Y) = −2·2,45 + 4 = −0,9.

7.Distribuição normal

Resposta: z = 0,6

De uma área de volta a z: Φ(z) é a área à esquerda de z. Para uma área de cauda esquerda A, encontre na tabela o z com Φ(z) = A. Uma área de cauda direita A significa Φ(z) = 1 − A. Uma área central A entre −z e z deixa (1 − A)/2 em cada cauda, então Φ(z) = (1 + A)/2. Para um valor x, use x = μ + zσ.

Área à esquerda de z

Φ(z) = (1 + 0,4515)/2 = 0,7257

Leia a tabela de z ao contrário

Encontre 0,7257 dentro da tabela e leia z.

z = 0,60

Resposta

z = 0,60
8.Distribuição normal

Resposta: P = 0,7389

Somas e diferenças de variáveis normais: se X e Y são independentes e normais, X + Y e X − Y também são normais. As médias se somam ou se subtraem: E(X ± Y) = μX ± μY. As variâncias sempre se somam, também em uma diferença: Var(X ± Y) = σX² + σY², portanto σ = √(σX² + σY²). Os desvios padrão nunca se somam diretamente. O total de n itens independentes com a mesma distribuição tem média n·μ e desvio padrão σ·√n. Depois padronize como de costume: z = (x − média)/σ e leia Φ(z).

Distribuição da diferença

μ = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Padronizar

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilidades

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Resposta

P = 0,7389
9.Intervalos de confiança

Resposta: limite inferior = 1,126 h

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.

Estimativa pontual

x̄₁ − x̄₂ = 75 − 68 = 7

Erro-padrão

SE = √(16²/80 + 10²/50) = 2,28

Margem de erro

E = 2,576·2,28 = 5,874

Intervalo

7 ± 5,874 → [1,126, 12,87]

Resposta

limite inferior = 1,126 h

O intervalo não contém 0, então as médias diferem significativamente.

10.Intervalos de confiança

Resposta: σ = 6,358 µm

Intervalo para uma variância: (n − 1)s²/σ² tem distribuição χ² com n − 1 graus de liberdade. O intervalo de 95% para σ² vai de (n − 1)s² dividido pelo valor superior de χ² (2,5% acima dele) até (n − 1)s² dividido pelo valor inferior de χ² (2,5% abaixo dele); o intervalo para σ é a raiz quadrada dos dois limites. Ele não é simétrico em torno de s.

Soma de quadrados

(n − 1)s² = 10·9,1² = 828,1

Limites para σ²

828,1/20,483 = 40,43
828,1/3,247 = 255

Limite para σ

σ = √40,43 = 6,358 µm

Resposta

σ = 6,358 µm

Intervalo de 95% para σ: [6,358, 15,97] µm.

11.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: t = −3,102

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Erro-padrão da diferença média

SE = 7,1/√11 = 2,141

Estatística de teste

t = −6,64/2,141 = −3,102

Resposta

t = −3,102

Com gl = 10, o valor crítico bilateral a 5% é 2,228; |t| é maior, então H₀ é rejeitada.

12.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: 1 − β = 74,98 %

Poder de um teste: poder = 1 − β é a probabilidade de rejeitar H₀ quando ela é falsa. Encontre o limite x̄c a partir de μ₀ e z_α, depois calcule a probabilidade de cair além de x̄c usando a média verdadeira: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Média amostral crítica

SE = 10/√100 = 1
x̄c = 100 − 2,326·1 = 97,67

z sob a média verdadeira

z = (97,67 − 97)/1 = 0,674

Potência

poder = P(Z < 0.674) = 74.98%
1 − β = 74,98%

Resposta

1 − β = 74,98%
13.Regressão linear e correlação

Resposta: r = 0,9842

Regressão por mínimos quadrados: com x̄ e ȳ as médias, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), a reta ŷ = a + b·x tem inclinação b = Sxy/Sxx e intercepto a = ȳ − b·x̄, então ela sempre passa por (x̄, ȳ). O coeficiente de correlação de Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) fica entre −1 e 1; r² é a fração da variação de y explicada pela reta.

Somas centradas

Sxy = 8338 − 114·421/6 = 339
Sxx = 2236 − 114²/6 = 70
Syy = 31235 − 421²/6 = 1695

Coeficiente de correlação

r = 339/√(70·1695) = 0,9842

Resposta

r = 0,9842
14.Regressão linear e correlação

Resposta: x = 5,609

Regressão por mínimos quadrados: com x̄ e ȳ as médias, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), a reta ŷ = a + b·x tem inclinação b = Sxy/Sxx e intercepto a = ȳ − b·x̄, então ela sempre passa por (x̄, ȳ). O coeficiente de correlação de Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) fica entre −1 e 1; r² é a fração da variação de y explicada pela reta.

Médias

x̄ = 20/5 = 4
ȳ = 328/5 = 65,6

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 46

Reta de regressão

b = 46/10 = 4,6
a = 65,6 − 4,6·4 = 47,2
ŷ = 47,2 + 4,6·x

Resolver para x

x = (73 − 47,2)/4,6 = 5,609

Resposta

x = 5,609
15.Testes qui-quadrado

Resposta: χ² = 0,3663

Testes qui-quadrado: compare as frequências observadas O com as frequências E esperadas sob H₀ usando χ² = Σ(O − E)²/E. Aderência: E = n·p para cada categoria, gl = k − 1 (menos um para cada parâmetro estimado a partir dos dados). Independência em uma tabela r × c: E = total da linha × total da coluna / total geral, gl = (r − 1)(c − 1). Rejeite H₀ quando χ² ultrapassar o valor crítico para o α escolhido.

Frequências esperadas

fumantes: 120·130/200 = 78, 120·70/200 = 42
não fumantes: 80·130/200 = 52, 80·70/200 = 28

Estatística qui-quadrado

χ² = (80 − 78)²/78 + (40 − 42)²/42 + (50 − 52)²/52 + (30 − 28)²/28
χ² = 0,3663

Resposta

χ² = 0,3663

gl = 1. Para α = 0,05 o valor crítico é 3,841, então H₀ (independência) é não rejeitada.

16.Testes qui-quadrado

Resposta: χ²crit = 20,09

Testes qui-quadrado: compare as frequências observadas O com as frequências E esperadas sob H₀ usando χ² = Σ(O − E)²/E. Aderência: E = n·p para cada categoria, gl = k − 1 (menos um para cada parâmetro estimado a partir dos dados). Independência em uma tabela r × c: E = total da linha × total da coluna / total geral, gl = (r − 1)(c − 1). Rejeite H₀ quando χ² ultrapassar o valor crítico para o α escolhido.

Graus de liberdade

df = (3 − 1)·(5 − 1) = 8

Tabela

χ²crit(df = 8, α = 0,01) = 20,090

Resposta

χ²crit = 20,090

Rejeite H₀ se o χ² calculado for maior que este valor.

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