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 valor p de 0,03 significa:

  1. AO resultado vai se replicar 97% das vezes
  2. BSe a hipótese nula fosse verdadeira, dados tão extremos ocorreriam cerca de 3% das vezes
  3. CDados os dados observados, há apenas 3% de probabilidade de a hipótese nula ser verdadeira
  4. DO efeito é grande
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 efeito tem de ser um erro do tipo I
  2. BO estudo pode ter tido pouco poder, então o resultado é inconclusivo
  3. CO tamanho de efeito tem de ter sido mal calculado
  4. DO estudo prova que a hipótese nula é verdadeira, já que o efeito não foi significativo
3.Estatística descritivaMédia
25303540455055

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 38, 51, 24, 45, 35, 58.

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

Uma grandeza segue uma distribuição normal com média 70 e desvio-padrão 10. Que proporção P dos valores está abaixo de 65?

μ = 70σ = 10x = 65
P =
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)00,1510,3520,0530,140,35μ

X tem a distribuição mostrada e Y = −2X + 5. Encontre o desvio padrão σY de Y.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,15, 0,35, 0,05, 0,1, 0,35Y = −2X + 5
σY =
7.Distribuição normalMédia
96,25127,75P = ?

As pontuações de QI seguem uma distribuição normal com média 100 pontos e desvio-padrão 15 pontos. Que fração está entre 96,25 e 127,75 pontos? Dê P em forma decimal.

μ = 100σ = 15x1 = 96,25x2 = 127,75
P =
8.Distribuição normalDifícil
157164171178185192199cmtopo 40%

Os alturas de homens adultos têm distribuição normal com média 178 cm e desvio padrão 7 cm. Arraste o ponto de corte para que os 40% superiores sombreados fiquem à direita dele. Encontre o ponto de corte x.

μ = 178 cmσ = 7 cm40%
x = cm
9.Intervalos de confiançaMédia
x̄E₁ = 2,895%, n = 64x̄E₂ = ?95%, n = 256

Um intervalo de confiança de 95% para uma média, baseado em 64 observações e σ conhecido, tem margem de erro de 2,8. Qual é a margem de erro E₂ se o mesmo estudo usar 256 observações?

95%n₁ = 64E₁ = 2,8n₂ = 256
E₂ =
10.Intervalos de confiançaDifícil
σ = 18, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 595%

O desvio-padrão da população é 18. 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 5?

σ = 18E = 595%
n =
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
t −2,06402,064

Uma amostra de 25 estudantes tem nota média 119,1 e desvio-padrão amostral 5. Calcule a estatística de teste t para H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 119,1s = 5n = 25
t =
12.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
μ₀x̄c

Um teste z unilateral de H₀: μ = 80 contra H₁: μ > 80 é feito com α = 0,05 e uma amostra de 100; o desvio-padrão é conhecido e vale 10. Na realidade a média é 82,3. Encontre o poder 1 − β do teste em porcentagem.

μ₀ = 80μ = 82,3σ = 10n = 100α = 0,05
1 − β = %
13.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy126221322419517613xy246152025

A tabela dá 6 observações pareadas de x = idade do carro em anos e y = preço em k€. Encontre o coeficiente de determinação r² da reta de mínimos quadrados.

n = 6
r² =
14.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy12322031841551168xy246101520x = 1,5

A tabela dá 6 observações pareadas de x = idade do carro em anos e y = preço em k€. Use a reta de mínimos quadrados ŷ = a + b·x. É feita uma nova observação (1,5, 27). Encontre o seu resíduo e = y − ŷ.

n = 6(1,5, 27)
e =
15.Testes qui-quadradoMédia
ônibusbicicletacarroTotalestudantes46151980funcionários14151140Total603030120

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 = 1202 × 3
χ² =
16.Testes qui-quadradoDifícil

É feito um teste qui-quadrado de independência em uma tabela de contingência com 2 linhas e 6 colunas (sem contar os totais). Quantos graus de liberdade df o teste tem?

2 × 6
df =

3Soluções

1.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: B · Se a hipótese nula fosse verdadeira, dados tão extremos ocorreriam cerca de 3% das vezes

Porque é esta a resposta

O valor p é a probabilidade de resultados pelo menos tão extremos quanto os observados se a nula fosse verdadeira. Não dá a probabilidade de uma hipótese ser verdadeira nem o tamanho do efeito.

Resposta

B · Se a hipótese nula fosse verdadeira, dados tão extremos ocorreriam cerca de 3% das vezes
2.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: B · 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

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

Resposta: s = 12,12

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 = 251/6 = 41,83

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = (−3,833)² + 9,167² + (−17,83)² + 3,167² + (−6,833)² + 16,17² = 734,8

Desvio-padrão

s = √(734,8/5) = 12,12

Resposta

s = 12,12
4.Estatística descritiva

Resposta: P = 0,3085

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 = −0,5

Tabela da normal padrão

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085

Resposta

P = 0,3085
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 = 3,116

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 = 2,15, Var(X) = 2,428, σX = 1,558

Mudança linear

σY = |−2|·1,558 = 3,116

Resposta

σY = 3,116

A média de fato se desloca: E(Y) = −2·2,15 + 5 = 0,7.

7.Distribuição normal

Resposta: P = 0,5665

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.

Pontuações z

z₁ = (96,25 − 100)/15 = −0,25
z₂ = (127,75 − 100)/15 = 1,85

Área entre os valores

P = Φ(1,85) − Φ(−0,25) = 0,9678 − 0,4013 = 0,5665

Resposta

P = 0,5665
8.Distribuição normal

Resposta: x = 179,8 cm

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

Φ(z) = 0,6

z da tabela

z ≈ 0,25

De volta às unidades originais

x = 178 + 0,25·7 = 179,8 cm

Resposta

x = 179,8 cm
9.Intervalos de confiança

Resposta: E₂ = 1,4

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Razão das margens

E₂/E₁ = (1,96/1,96)·√(64/256) = 0,5

Nova margem

E₂ = 2,8·0,5 = 1,4

Resposta

E₂ = 1,4
10.Intervalos de confiança

Resposta: n = 50

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 = (1,96·18/5)² = 49,79

Arredondar para cima

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

n = 50

Resposta

n = 50
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: t = −0,9

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).

Erro-padrão

SE = 5/√25 = 5/5 = 1

Estatística de teste

t = (119,1 − 120)/1 = −0,9

Resposta

t = −0,9
t0,025; df = 24 = 2,064

|t| < 2.064, então H₀ não é rejeitada ao nível de 5% (bilateral).

12.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: 1 − β = 74,38 %

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 = 80 + 1,645·1 = 81,64

z sob a média verdadeira

z = (81,64 − 82,3)/1 = −0,655

Potência

poder = P(Z > −0,655) = 74,38%
1 − β = 74,38%

Resposta

1 − β = 74,38%
13.Regressão linear e correlação

Resposta: r² = 0,9204

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 = 118/6 = 19,67

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −40
Syy = Σ(y − ȳ)² = 99,33

Coeficiente de determinação

r² = −40²/(17,5·99,33) = 0,9204

Resposta

r² = 0,9204

Cerca de 92,04% da variação de y é explicada pela reta.

14.Regressão linear e correlação

Resposta: e = 5,167

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 = 95/6 = 15,83

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −52,5

Reta de regressão

b = −52,5/17,5 = −3
a = 15,83 − (−3)·3,5 = 26,33
ŷ = 26,33 − 3·x

Valor previsto

ŷ = 26,33 + (−3)·1,5 = 21,83

Resíduo

e = 27 − 21,83 = 5,167

Resposta

e = 5,167

O ponto está acima da reta.

15.Testes qui-quadrado

Resposta: χ² = 6,6

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

estudantes: 80·60/120 = 40, 80·30/120 = 20, 80·30/120 = 20
funcionários: 40·60/120 = 20, 40·30/120 = 10, 40·30/120 = 10

Estatística qui-quadrado

χ² = (46 − 40)²/40 + (15 − 20)²/20 + (19 − 20)²/20 + (14 − 20)²/20 + (15 − 10)²/10 + (11 − 10)²/10
χ² = 6,6

Resposta

χ² = 6,6

gl = 2. Para α = 0,05 o valor crítico é 5,991, então H₀ (independência) é rejeitada.

16.Testes qui-quadrado

Resposta: df = 5

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 = (2 − 1)·(6 − 1) = 5

Resposta

df = 5

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