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

Validade interna refere-se a:

  1. ASe um teste dá os mesmos resultados ao longo do tempo
  2. BSe os resultados se generalizam para além do estudo, para outras populações, contextos e épocas
  3. CSe o efeito observado foi realmente causado pela VI e não por outros fatores
  4. DSe os participantes acharam o estudo interessante
2.Métodos de investigação em psicologiaDifícil

Um pesquisador quer testar se um novo método de ensino causa notas melhores, mas não pode distribuir os estudantes aleatoriamente. Qual desenho dá a evidência causal mais forte nessa situação?

  1. AMedir só a turma que usa o novo método, depois do ensino
  2. BPerguntar aos estudantes se acham que o método funcionou
  3. CComparar turmas emparelhadas medidas antes e depois, com um grupo de comparação
  4. DCorrelacionar as notas com o quanto os estudantes gostam do professor
3.Estatística descritivaMédia
152025303540455055

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 29, 34, 46, 58, 34, 13.

n = 6
s =
4.Estatística descritivaDifícil
z −2−1012

As notas de um exame seguem uma distribuição normal com média 170 e desvio-padrão 12. Calcule a pontuação z z de uma nota de 182.

μ = 170σ = 12x = 182
z =
5.ProbabilidadesMédia
n = 14k = 3N = ?

De quantas maneiras N se pode escolher uma comissão de 3 pessoas num grupo de 14? A ordem não interessa.

n = 14k = 3
N =
6.ProbabilidadesDifícil
n = 5, p = 0,1: P(X ≤ 1) = ?k012345

Testam-se 5 componentes e cada um avaria com probabilidade 0,1, de forma independente. Qual é a probabilidade P de avariar no máximo um?

n = 5p = 0,1
P =
7.Distribuição normalMédia
32 min29,5 minX + Y?

X é normal com média 12 min e desvio padrão 1,5 min; Y é independente e normal com média 20 min e desvio padrão 2 min. Encontre a probabilidade P de X + Y ser maior que 29,5 min. Arredonde z para duas casas decimais.

μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 29,5 min
P =
8.Distribuição normalDifícil
μ = 500x = ?97,5%

As durações de baterias seguem uma distribuição normal com média 500 h e desvio-padrão 40 h. Calcule o valor x abaixo do qual estão 97,5% delas (o percentil 97,5).

μ = 500σ = 40P = 97,5%
x = h
9.Intervalos de confiançaMédia
n = 15, sd​ = 7,50LUd̄ = 2,1E = ?99%

A pressão arterial de 15 pacientes é medida antes e depois de um tratamento. As diferenças d = antes − depois (mmHg) têm média 2,1 e desvio-padrão 7,5. Encontre a margem de erro E do intervalo de confiança de 99% para a diferença média.

n = 15d̄ = 2,1sd = 7,599%t(14) = 2,977
E = mmHg
10.Intervalos de confiançaDifícil
p ≈ 0,4, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0495%

Um estudo piloto sugere que cerca de 0,4 dos produtos são defeituosos. Quantos produtos n devem ser inspecionados para que um intervalo de confiança de 95% para a proporção tenha margem de erro de no máximo 0,04?

p ≈ 0,4E = 0,0495%
n =
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
−2,2282,228t = ?df = 10

Dois métodos de ensino são comparados. Grupo 1: 5 alunos, nota média 65, desvio-padrão 9,5. Grupo 2: 7 alunos, nota média 60,3, desvio-padrão 7. 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 = 5x̄₁ = 65s₁ = 9,5n₂ = 7x̄₂ = 60,3s₂ = 7
t =
12.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
z −1,9601,96

Uma amostra de 49 medições tem média 200,9. O desvio-padrão da população é 5. Calcule o limite inferior L do intervalo de confiança a 95 % para a média.

x̄ = 200,9σ = 5n = 4995%
L =
13.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy147248350457565670xy246506070

A tabela dá 6 observações pareadas de x = horas de estudo e y = nota na prova. Encontre o coeficiente de determinação r² da reta de mínimos quadrados.

n = 6
r² =
14.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy17841910021114231262512427135xy202580100120140ŷ = 115

A tabela dá 6 observações pareadas de x = temperatura em °C e y = sorvetes vendidos. Use a reta de mínimos quadrados ŷ = a + b·x. Para que valor x a reta prevê ŷ = 115?

n = 6ŷ = 115
x =
15.Testes qui-quadradoMédia
simnãoTotalhomens451560mulheres5466120Total9981180

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 = 1802 × 2
χ² =
16.Testes qui-quadradoDifícil
simnãoTotal18–30 anos643610031–50 anos63178051+ anos174360Total14496240dfα = 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 = 2403 × 2α = 0,05
χ² =

3Soluções

1.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: C · Se o efeito observado foi realmente causado pela VI e não por outros fatores

Porque é esta a resposta

Alta validade interna significa que explicações alternativas, como variáveis de confusão, características de demanda ou viés do experimentador, foram descartadas. A validade externa diz respeito à generalização.

Resposta

C · Se o efeito observado foi realmente causado pela VI e não por outros fatores
2.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: C · Comparar turmas emparelhadas medidas antes e depois, com um grupo de comparação

Porque é esta a resposta

Um desenho pré-teste/pós-teste com grupos não equivalentes controla as diferenças iniciais e a mudança ao longo do tempo, embora seja mais fraco que um experimento randomizado.

Resposta

C · Comparar turmas emparelhadas medidas antes e depois, com um grupo de comparação
3.Estatística descritiva

Resposta: s = 15,29

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 = 214/6 = 35,67

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = (−6,667)² + (−1,667)² + 10,33² + 22,33² + (−1,667)² + (−22,67)² = 1169

Desvio-padrão

s = √(1169/5) = 15,29

Resposta

s = 15,29
4.Estatística descritiva

Resposta: z = 1

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 = (182 − 170)/12 = 1

Resposta

z = 1
5.Probabilidades

Resposta: N = 364

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.

Combinações

C(14, 3) = (14·13·12)/(3·2·1) = 364

Resposta

N = 364
6.Probabilidades

Resposta: P = 0,9185

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.

Zero e uma avaria

P(X = 0) = 0,95 = 0,5905
P(X = 1) = 5·0,1·0,94 = 0,3281

Some

P = 0,5905 + 0,3281 = 0,9185

Resposta

P = 0,9185
7.Distribuição normal

Resposta: P = 0,8413

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 = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min

Padronizar

z = (29,5 − 32)/2,5 = −1

Cauda superior

P = 1 − Φ(−1) = 1 − 0,1587 = 0,8413

Resposta

P = 0,8413
8.Distribuição normal

Resposta: x = 578,4 h

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) = 0,975 → z = 1,96

De volta a x

x = 500 + 1,96·40 = 578,4 h

Resposta

x = 578,4 h
9.Intervalos de confiança

Resposta: E = 5,765 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 = 14, t = 2,977

Margem de erro

E = 2,977·7,5/√15 = 5,765

Resposta

E = 5,765 mmHg
10.Intervalos de confiança

Resposta: n = 577

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Resolver em ordem a n

n = 1,96²·0,4·0,6/0,04² = 576,2

Arredondar para cima

n = 577

Resposta

n = 577
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: t = 0,9918

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 = (4·9,5² + 6·7²)/10 = 65,5
sp = 8,093

Erro-padrão

SE = 8,093·√(1/5 + 1/7) = 4,739

Estatística de teste

t = (65 − 60,3)/4,739 = 0,9918

Resposta

t = 0,9918

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

12.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: L = 199,5

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).

Margem de erro

E = 1,96·5/√49 = 1,4

Limite do intervalo

L = 200,9 − 1,4 = 199,5

Resposta

L = 199,5
13.Regressão linear e correlação

Resposta: r² = 0,9318

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 337/6 = 56,17

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 86,5
Syy = Σ(y − ȳ)² = 458,8

Coeficiente de determinação

r² = 86,5²/(17,5·458,8) = 0,9318

Resposta

r² = 0,9318

Cerca de 93,18% da variação de y é explicada pela reta.

14.Regressão linear e correlação

Resposta: x = 22,24

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 = 132/6 = 22
ȳ = 683/6 = 113,8

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 339

Reta de regressão

b = 339/70 = 4,843
a = 113,8 − 4,843·22 = 7,29
ŷ = 7,29 + 4,843·x

Resolver para x

x = (115 − 7,29)/4,843 = 22,24

Resposta

x = 22,24
15.Testes qui-quadrado

Resposta: χ² = 14,55

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

homens: 60·99/180 = 33, 60·81/180 = 27
mulheres: 120·99/180 = 66, 120·81/180 = 54

Estatística qui-quadrado

χ² = (45 − 33)²/33 + (15 − 27)²/27 + (54 − 66)²/66 + (66 − 54)²/54
χ² = 14,55

Resposta

χ² = 14,55

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

16.Testes qui-quadrado

Resposta: χ² = 37,45

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: 60, 40
31–50 anos: 48, 32
51+ anos: 36, 24

Estatística qui-quadrado

χ² = (64 − 60)²/60 + (36 − 40)²/40 + (63 − 48)²/48 + (17 − 32)²/32 + (17 − 36)²/36 + (43 − 24)²/24
χ² = 37,45

Decisão

df = 2, χ²crit = 5,991
37,45 > 5,991

Resposta

χ² = 37,45

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

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