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. ASe a hipótese nula fosse verdadeira, dados tão extremos ocorreriam cerca de 3% das vezes
  2. BDados os dados observados, há apenas 3% de probabilidade de a hipótese nula ser verdadeira
  3. CO efeito é grande
  4. DO resultado vai se replicar 97% das vezes
2.Métodos de investigação em psicologiaDifícil

Aumentar o tamanho da amostra de um estudo, de forma mais direta:

  1. AAumenta o poder estatístico para detectar um efeito real
  2. BRemove todo viés da amostra
  3. CAumenta o tamanho do efeito
  4. DGarante um resultado estatisticamente significativo se existir algum efeito
3.Estatística descritivaMédia
202530354045

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 37, 16, 16, 25, 19, 32, 48.

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

As notas de um exame seguem uma distribuição normal com média 60 e desvio-padrão 20. Calcule a pontuação z z de uma nota de 50.

μ = 60σ = 20x = 50
z =
5.ProbabilidadesMédia
xp(x)10,320,3530,340,05μ = 2,1

Para a distribuição mostrada, encontre o desvio padrão σ de X.

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,35, 0,3, 0,05
σ =
6.ProbabilidadesDifícil
xp(x)10,2520,330,140,35μ

X tem a distribuição mostrada e Y = 0,5X + 4. Encontre o desvio padrão σY de Y.

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,25, 0,3, 0,1, 0,35Y = 0,5X + 4
σY =
7.Distribuição normalMédia
96 kg93,7 kgT = X₁ + … + X₈?

As massas de caixas são independentes e normais com média 12 kg e desvio padrão 0,8 kg. Encontre a probabilidade P de a massa total de 8 deles exceder 93,7 kg. Arredonde z para duas casas decimais.

μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 8> 93,7 kg
P =
8.Distribuição normalDifícil
380420460500540580620htopo 5%

Os durações de baterias têm distribuição normal com média 500 h e desvio padrão 40 h. Arraste o ponto de corte para que os 5% superiores sombreados fiquem à direita dele. Encontre o ponto de corte x.

μ = 500 hσ = 40 h5%
x = h
9.Intervalos de confiançaMédia
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?95%

A duração da bateria de dois modelos de celular é comparada. Modelo 1: 50 celulares, média 93 h, desvio-padrão conhecido 8 h. Modelo 2: 50 celulares, média 81 h, desvio-padrão conhecido 14 h. Encontre a margem de erro E do intervalo de confiança de 95% para μ₁ − μ₂.

n₁ = 50x̄₁ = 93 hσ₁ = 8 hn₂ = 50x̄₂ = 81 hσ₂ = 14 h95%
E = h
10.Intervalos de confiançaDifícil
σ = 27, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,590%

O desvio-padrão da população é 27. Qual o tamanho de amostra n necessário para que um intervalo de confiança de 90% para a média tenha margem de erro de no máximo 2,5?

σ = 27E = 2,590%
n =
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
−1,961,96z = ?

Duas linhas de produção fabricam a mesma peça. Linha 1: uma amostra de 30 peças tem comprimento médio de 82 mm, e o desvio-padrão conhecido da linha é 17 mm. Linha 2: uma amostra de 80 peças tem média de 78,1 mm, desvio-padrão conhecido de 15 mm. Encontre a estatística de teste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando a diferença como x̄₁ − x̄₂ (linha 1 menos linha 2).

n₁ = 30x̄₁ = 82 mmσ₁ = 17 mmn₂ = 80x̄₂ = 78,1 mmσ₂ = 15 mm
z =
12.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
μ₀x̄c

Um teste z unilateral de H₀: μ = 50 contra H₁: μ < 50 é feito com α = 0.10 e uma amostra de 25; o desvio-padrão é conhecido e vale 15. Na realidade a média é 45.5. Encontre o poder 1 − β do teste em porcentagem.

μ₀ = 50μ = 45,5σ = 15n = 25α = 0,10
1 − β = %
13.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy234106108151015xy51051015

A tabela dá 5 observações pareadas de x = carga em kN e y = alongamento em mm. Encontre o coeficiente de determinação r² da reta de mínimos quadrados.

n = 5
r² =
14.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy294166268311041xy51010203040ŷ = 21

A tabela dá 5 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 = 21?

n = 5ŷ = 21
x =
15.Testes qui-quadradoMédia
sem defeitolevegraveTotalturno diurno35272789turno noturno184240100Total536967189

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

total da linha = 100total da coluna = 53N = 189
E =
16.Testes qui-quadradoDifícil

Um teste qui-quadrado de aderência verifica se as frequências em 5 categorias seguem uma distribuição de Poisson cuja média é estimada a partir dos mesmos dados. Quantos graus de liberdade df o teste tem?

k = 5
df =

3Soluções

1.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: A · 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

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

Resposta: A · Aumenta o poder estatístico para detectar um efeito real

Porque é esta a resposta

Amostras maiores reduzem o erro-padrão, aumentando o poder. Não mudam o tamanho real do efeito nem eliminam viés sistemático.

Resposta

A · Aumenta o poder estatístico para detectar um efeito real
3.Estatística descritiva

Resposta: s = 12,07

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 = 193/7 = 27,57

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = 9,429² + (−11,57)² + (−11,57)² + (−2,571)² + (−8,571)² + 4,429² + 20,43² = 873,7

Desvio-padrão

s = √(873,7/6) = 12,07

Resposta

s = 12,07
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 = (50 − 60)/20 = −0,5

Resposta

z = −0,5
5.Probabilidades

Resposta: σ = 0,8888

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 = 1·0,3 + 2·0,35 + 3·0,3 + 4·0,05 = 2,1

Média dos quadrados

E(X²) = 1·0,3 + 4·0,35 + 9·0,3 + 16·0,05 = 5,2

Variância

Var(X) = 5,2 − 2,1² = 0,79
σ = √0,79 = 0,8888

Resposta

σ = 0,8888
6.Probabilidades

Resposta: σY = 0,6016

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 = 2,55, Var(X) = 1,447, σX = 1,203

Mudança linear

σY = |0,5|·1,203 = 0,6016

Resposta

σY = 0,6016

A média de fato se desloca: E(Y) = 0,5·2,55 + 4 = 5,275.

7.Distribuição normal

Resposta: P = 0,8461

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 do total

μT = 96 kg, σT = 0,8·√8 = 2,263 kg

Padronizar

z = (93,7 − 96)/2,263 = −1,02

Probabilidades

P = 1 − Φ(−1,02) = 0,8461

Resposta

P = 0,8461
8.Distribuição normal

Resposta: x = 566 h

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) = 0,95

z da tabela

z ≈ 1,64

De volta às unidades originais

x = 500 + 1,64·40 = 566 h

Resposta

x = 566 h
9.Intervalos de confiança

Resposta: E = 4,469 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 = 93 − 81 = 12

Erro-padrão

SE = √(8²/50 + 14²/50) = 2,28

Margem de erro

E = 1,96·2,28 = 4,469

Resposta

E = 4,469 h

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

10.Intervalos de confiança

Resposta: n = 316

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 = (1,645·27/2,5)² = 315,6

Arredondar para cima

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

n = 316

Resposta

n = 316
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: z = 1,105

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.

Erro-padrão da diferença

SE = √(17²/30 + 15²/80) = √12,45 = 3,528

Estatística de teste

z = (82 − 78,1)/3,528 = 1,105

Resposta

z = 1,105

|z| < 1,96, então H₀ não é rejeitada ao nível de 5% (bilateral).

12.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: 1 − β = 58,63 %

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 = 15/√25 = 3
x̄c = 50 − 1,282·3 = 46,15

z sob a média verdadeira

z = (46,15 − 45,5)/3 = 0,218

Potência

poder = P(Z < 0.218) = 58.63%
1 − β = 58,63%

Resposta

1 − β = 58,63%
13.Regressão linear e correlação

Resposta: r² = 0,8652

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 = 30/5 = 6
ȳ = 53/5 = 10,6

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 58
Syy = Σ(y − ȳ)² = 97,2

Coeficiente de determinação

r² = 58²/(40·97,2) = 0,8652

Resposta

r² = 0,8652

Cerca de 86,52% da variação de y é explicada pela reta.

14.Regressão linear e correlação

Resposta: x = 5,089

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 = 30/5 = 6
ȳ = 123/5 = 24,6

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 158

Reta de regressão

b = 158/40 = 3,95
a = 24,6 − 3,95·6 = 0,9
ŷ = 0,9 + 3,95·x

Resolver para x

x = (21 − 0,9)/3,95 = 5,089

Resposta

x = 5,089
15.Testes qui-quadrado

Resposta: E = 28,04

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 = 100·53/189 = 28,04

Resposta

E = 28,04
16.Testes qui-quadrado

Resposta: df = 3

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 = 5 − 1 − 1 = 3

Resposta

df = 3

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