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

Um estudo feito apenas com estudantes de graduação norte-americanos pode carecer de:

  1. AValidade populacional
  2. BValidade de conteúdo
  3. CConfiabilidade entre avaliadores
  4. DConsistência interna
2.Métodos de investigação em psicologiaDifícil

Um estudo com 10 participantes encontra um efeito grande, mas não significativo. Qual é a conclusão mais adequada?

  1. AO tamanho de efeito tem de ter sido mal calculado
  2. BO efeito tem de ser um erro do tipo I
  3. CO estudo pode ter tido pouco poder, então o resultado é inconclusivo
  4. DO estudo prova que a hipótese nula é verdadeira, já que o efeito não foi significativo
3.Estatística descritivaMédia
2530354045

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 38, 22, 25, 49, 24.

n = 5
s =
4.Estatística descritivaDifícil
z −2−1012

Uma grandeza segue uma distribuição normal com média 100 e desvio-padrão 10. Que proporção P dos valores está abaixo de 90?

μ = 100σ = 10x = 90
P =
5.ProbabilidadesMédia
P(pelo menos um seis) = ??1?2?3?4?5?6P(seis) = 1/6 em cada lançamento

Lança-se um dado equilibrado 6 vezes. Qual é a probabilidade P de sair pelo menos um seis?

n = 6
P =
6.ProbabilidadesDifícil
n = 12, p = 0,4: P(X = 4) = ?k0123456789101112

Um teste tem 12 perguntas de escolha múltipla. Uma estudante que responde ao acaso acerta cada uma com probabilidade 0,4, de forma independente. Qual é a probabilidade P de acertar exatamente 4?

n = 12p = 0,4k = 4
P =
7.Distribuição normalMédia
750 g769,7 gX + Y?

X é normal com média 250 g e desvio padrão 4 g; Y é independente e normal com média 500 g e desvio padrão 9 g. Encontre a probabilidade P de X + Y ser maior que 769,7 g. Arredonde z para duas casas decimais.

μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 769,7 g
P =
8.Distribuição normalDifícil
μ = 250x = ?95%

As massas de sacos seguem uma distribuição normal com média 250 g e desvio-padrão 5 g. Calcule o valor x abaixo do qual estão 95% delas (o percentil 95).

μ = 250σ = 5P = 95%
x = g
9.Intervalos de confiançaMédia
n = 16, sd​ = 1,70L = ?Ud̄ = 3E90%

A pressão arterial de 16 pacientes é medida antes e depois de um tratamento. As diferenças d = antes − depois (mmHg) têm média 3 e desvio-padrão 1,7. Encontre o limite inferior do intervalo de confiança de 90% para a diferença média.

n = 16d̄ = 3sd = 1,790%t(15) = 1,753
limite inferior = mmHg
10.Intervalos de confiançaDifícil
σ = 36, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

O desvio-padrão da população é 36. Qual o tamanho de amostra n necessário para que um intervalo de confiança de 95% para a média tenha margem de erro de no máximo 4?

σ = 36E = 495%
n =
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
−2,2282,228t = ?df = 10

Dois métodos de ensino são comparados. Grupo 1: 7 alunos, nota média 88, desvio-padrão 7,5. Grupo 2: 5 alunos, nota média 101,2, desvio-padrão 9,5. Suponha variâncias populacionais iguais e use o teste t de duas amostras com variância combinada. Encontre a estatística de teste t para H₀: μ₁ = μ₂, tomando a diferença como x̄₁ − x̄₂ (grupo 1 menos grupo 2).

n₁ = 7x̄₁ = 88s₁ = 7,5n₂ = 5x̄₂ = 101,2s₂ = 9,5
t =
12.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,599%

Que tamanho deve ter uma amostra para que o intervalo de confiança a 99 % para uma média tenha uma margem de erro de no máximo 0,5? O desvio-padrão é 10. Calcule o menor tamanho de amostra n.

σ = 10E = 0,599%
n =
13.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy35456577698611102xy5106080100

A tabela dá 5 observações pareadas de x = horas de estudo e y = nota na prova. Encontre o coeficiente de correlação de Pearson r.

n = 5
r =
14.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy21141962583310401247xy5102040ŷ = 22

A tabela dá 6 observações pareadas de x = carga em kN e y = alongamento em mm. Use a reta de mínimos quadrados ŷ = a + b·x. Para que valor x a reta prevê ŷ = 22?

n = 6ŷ = 22
x =
15.Testes qui-quadradoMédia
sem defeitolevegraveTotalturno diurno17382075turno noturno38133889Total555158164

A tabela de contingência mostra frequências observadas. Para um teste qui-quadrado de independência, encontre a frequência esperada E para a célula “turno diurno, grave”.

total da linha = 75total da coluna = 58N = 164
E =
16.Testes qui-quadradoDifícil
simnãoTotal18–30 anos34266031–50 anos44166051+ anos481260Total12654180dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

A tabela mostra frequências observadas. Teste ao nível α = 0,05 se as duas variáveis são independentes (sem correção de continuidade). Calcule a estatística de teste χ² e depois compare-a com o valor crítico da tabela.

N = 1803 × 2α = 0,05
χ² =

3Soluções

1.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: A · Validade populacional

Porque é esta a resposta

A validade populacional é um tipo de validade externa. Amostras em sua maioria jovens, ocidentais e escolarizadas podem não representar outras pessoas.

Resposta

A · Validade populacional
2.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: C · O estudo pode ter tido pouco poder, então o resultado é inconclusivo

Porque é esta a resposta

Com amostras pequenas, mesmo efeitos reais muitas vezes não alcançam significância (erro do tipo II). Os pesquisadores devem relatar o tamanho de efeito e o intervalo de confiança e replicar com uma amostra maior.

Resposta

C · O estudo pode ter tido pouco poder, então o resultado é inconclusivo
3.Estatística descritiva

Resposta: s = 11,59

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 = 158/5 = 31,6

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = 6,4² + (−9,6)² + (−6,6)² + 17,4² + (−7,6)² = 537,2

Desvio-padrão

s = √(537,2/4) = 11,59

Resposta

s = 11,59
4.Estatística descritiva

Resposta: P = 0,1587

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 = −1

Tabela da normal padrão

Φ(−1) = 0,1587
P = 0,1587

Resposta

P = 0,1587
5.Probabilidades

Resposta: P = 0,6651

Probabilidades: com resultados equiprováveis, P(A) = favoráveis/possíveis. Para acontecimentos independentes multiplica-se: P(A e B) = P(A)·P(B). O complementar ajuda muitas vezes: P(pelo menos um) = 1 − P(nenhum). Binomial: em n provas independentes com probabilidade de sucesso p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Complementar

P(nenhum seis) = (5/6)6 = 0,3349
P = 1 − 0,3349 = 0,6651

Resposta

P = 0,6651
6.Probabilidades

Resposta: P = 0,2128

Probabilidades: com resultados equiprováveis, P(A) = favoráveis/possíveis. Para acontecimentos independentes multiplica-se: P(A e B) = P(A)·P(B). O complementar ajuda muitas vezes: P(pelo menos um) = 1 − P(nenhum). Binomial: em n provas independentes com probabilidade de sucesso p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Fórmula binomial

P(X = 4) = 495·0,44·0,68 = 495·0,0256·0,0168 = 0,2128

Resposta

P = 0,2128
7.Distribuição normal

Resposta: P = 0,02275

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 soma

μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9,849 g

Padronizar

z = (769,7 − 750)/9,849 = 2

Cauda superior

P = 1 − Φ(2) = 1 − 0,9772 = 0,02275

Resposta

P = 0,02275
8.Distribuição normal

Resposta: x = 258,2 g

Distribuição normal: converta um valor x em uma pontuação z, z = (x − μ)/σ, que conta quantos desvios-padrão ele está da média. Uma tabela z (ou Φ(z)) dá a área à esquerda de z, que é P(X < x). A área à direita é 1 − Φ(z), e a área entre dois valores é a diferença entre as duas áreas.

z do percentil

Φ(z) = 0,95 → z = 1,645

De volta a x

x = 250 + 1,645·5 = 258,22 g

Resposta

x = 258,22 g
9.Intervalos de confiança

Resposta: limite inferior = 2,255 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.

Valor crítico

df = 15, t = 1,753

Margem de erro

E = 1,753·1,7/√16 = 0,745

Intervalo

3 ± 0,745 → [2,255, 3,745]

Resposta

limite inferior = 2,255 mmHg
10.Intervalos de confiança

Resposta: n = 312

Intervalo de confiança para uma média: x̄ ± margem de erro. Com σ populacional conhecido, a margem é z·σ/√n; tendo apenas o desvio-padrão amostral s, use t com n − 1 graus de liberdade: t·s/√n. Valores críticos: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). Para obter uma margem E ou menor, você precisa de n ≥ (z·σ/E)², arredondado para cima.

Resolver em ordem a n

n = (1,96·36/4)² = 311,2

Arredondar para cima

O tamanho da amostra é um número inteiro, e arredondar para baixo deixaria a margem grande demais.

n = 312

Resposta

n = 312
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: t = −2,697

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.

Variância combinada

sp² = (6·7,5² + 4·9,5²)/10 = 69,85
sp = 8,358

Erro-padrão

SE = 8,358·√(1/7 + 1/5) = 4,894

Estatística de teste

t = (88 − 101,2)/4,894 = −2,697

Resposta

t = −2,697

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: n = 2655

Teste a uma média: a estatística de teste mede a quantos erros-padrão a média amostral está do valor afirmado em H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) quando σ é conhecido, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) quando é estimado pela amostra. Um intervalo de confiança é x̄ ± (valor crítico)·(erro-padrão).

Resolver em ordem a n

n = (2,576·10/0,5)² = 2654

Arredondar para cima

n = 2655

Resposta

n = 2655
13.Regressão linear e correlação

Resposta: r = 0,9963

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 = 35/5 = 7
ȳ = 383/5 = 76,6

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 234
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1379

Coeficiente de correlação

r = 234/√(40·1379) = 0,9963

Resposta

r = 0,9963
14.Regressão linear e correlação

Resposta: x = 5,001

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 = 42/6 = 7
ȳ = 175/6 = 29,17

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 251

Reta de regressão

b = 251/70 = 3,586
a = 29,17 − 3,586·7 = 4,067
ŷ = 4,067 + 3,586·x

Resolver para x

x = (22 − 4,067)/3,586 = 5,001

Resposta

x = 5,001
15.Testes qui-quadrado

Resposta: E = 26,52

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.

Frequência esperada

E = 75·58/164 = 26,52

Resposta

E = 26,52
16.Testes qui-quadrado

Resposta: χ² = 8,254

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

18–30 anos: 42, 18
31–50 anos: 42, 18
51+ anos: 42, 18

Estatística qui-quadrado

χ² = (34 − 42)²/42 + (26 − 18)²/18 + (44 − 42)²/42 + (16 − 18)²/18 + (48 − 42)²/42 + (12 − 18)²/18
χ² = 8,254

Decisão

df = 2, χ²crit = 5,991
8,254 > 5,991

Resposta

χ² = 8,254

χ² está acima do valor crítico, então H₀ é rejeitada: as variáveis parecem estar relacionadas.

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