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

O viés do experimentador é reduzido mais diretamente:

  1. AUsando uma hipótese unicaudal
  2. BUsando uma amostra maior
  3. CUsando apenas voluntários
  4. DUsando para coletar os dados um pesquisador que não conhece a hipótese nem as condições
2.Métodos de investigação em psicologiaDifícil

Uma metanálise combina 40 estudos sobre uma terapia. Por que seu tamanho de efeito global ainda pode ser grande demais?

  1. ACombinar estudos sempre elimina todo viés
  2. BMetanálises sempre dão efeitos menores que os estudos isolados que incluem
  3. CPor causa do viés de publicação, estudos nulos não publicados podem estar faltando
  4. DMetanálises não podem incluir ensaios randomizados
3.Estatística descritivaMédia
15202530354045505560

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 24, 19, 40, 23, 34, 15, 60.

n = 7
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 acima de 106?

μ = 100σ = 10x = 106
P =
5.ProbabilidadesMédia
xp(x)00,3510,3520,3μ = 0,95

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

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3
Var(X) =
6.ProbabilidadesDifícil
xp(x)00,210,320,330,0540,15μ

X tem a distribuição mostrada e Y = 10X + 20. Encontre o desvio padrão σY de Y.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,2, 0,3, 0,3, 0,05, 0,15Y = 10X + 20
σY =
7.Distribuição normalMédia
105 s101,8 sX + Y?

X é normal com média 60 s e desvio padrão 5 s; Y é independente e normal com média 45 s e desvio padrão 4 s. Encontre a probabilidade P de X + Y ser maior que 101,8 s. Arredonde z para duas casas decimais.

μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 101,8 s
P =
8.Distribuição normalDifícil
μ = 32x = ?90%

As durações de entregas seguem uma distribuição normal com média 32 min e desvio-padrão 6 min. Calcule o valor x abaixo do qual estão 90% delas (o percentil 90).

μ = 32σ = 6P = 90%
x = min
9.Intervalos de confiançaMédia
n = 12, s = 1,5L = ?Ux̄ = 112E95%

Uma amostra de 12 itens tem média 112 e desvio-padrão s = 1,5. A população é aproximadamente normal. Calcule o limite inferior do intervalo de confiança de 95% para a média.

n = 12x̄ = 112s = 1,595%t(11) = 2,201
limite inferior =
10.Intervalos de confiançaDifícil
μ₁ − μ₂, t(14) = 2,9770L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Dois fertilizantes são testados. Grupo de parcelas 1: 11 parcelas, produção média 72,5 kg, desvio-padrão 7 kg. Grupo de parcelas 2: 5 parcelas, média 76 kg, desvio-padrão 1,5 kg. Suponha variâncias iguais (t combinado, gl = n₁ + n₂ − 2). Encontre o limite inferior do intervalo de confiança de 99% para μ₁ − μ₂.

n₁ = 11x̄₁ = 72,5s₁ = 7n₂ = 5x̄₂ = 76s₂ = 1,599%t(14) = 2,977
limite inferior = kg
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
−2,1452,145t = ?df = 14

Dois métodos de ensino são comparados. Grupo 1: 11 alunos, nota média 25, desvio-padrão 2. Grupo 2: 5 alunos, nota média 33,9, desvio-padrão 8,5. 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 = 11x̄₁ = 25s₁ = 2n₂ = 5x̄₂ = 33,9s₂ = 8,5
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 = 0.01 e uma amostra de 36; o desvio-padrão é conhecido e vale 18. Na realidade a média é 70.7. Encontre a probabilidade de um erro do tipo II β em porcentagem.

μ₀ = 80μ = 70,7σ = 18n = 36α = 0,01
β = %
13.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy178720111231212613829155xy202530100150

A tabela dá 5 observações pareadas de x = temperatura em °C e y = sorvetes vendidos. Encontre o coeficiente de determinação r² da reta de mínimos quadrados.

n = 5
r² =
14.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy25466148171018xy51051015x = 3

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. É feita uma nova observação (3, 9). Encontre o seu resíduo e = y − ŷ.

n = 5(3, 9)
e =
15.Testes qui-quadradoMédia
melhorounão melhorouTotalnovo medicamento611980placebo303060Total9149140

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 = 1402 × 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

Um teste qui-quadrado de aderência compara frequências observadas em 11 categorias com proporções esperadas totalmente especificadas (nenhum parâmetro é estimado a partir dos dados). Usando a tabela, encontre o valor crítico χ²crit ao nível de significância α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Soluções

1.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: D · Usando para coletar os dados um pesquisador que não conhece a hipótese nem as condições

Porque é esta a resposta

Experimentadores que conhecem a hipótese podem influenciar sem querer os participantes ou os registros. Procedimentos cegos ou duplo-cegos e instruções padronizadas reduzem isso.

Resposta

D · Usando para coletar os dados um pesquisador que não conhece a hipótese nem as condições
2.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: C · Por causa do viés de publicação, estudos nulos não publicados podem estar faltando

Porque é esta a resposta

Se resultados nulos são publicados com menos frequência, o efeito combinado fica inflado. Gráficos de funil e a busca por dados não publicados ajudam a detectar e reduzir isso.

Resposta

C · Por causa do viés de publicação, estudos nulos não publicados podem estar faltando
3.Estatística descritiva

Resposta: s = 15,51

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 = 215/7 = 30,71

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = (−6,714)² + (−11,71)² + 9,286² + (−7,714)² + 3,286² + (−15,71)² + 29,29² = 1443

Desvio-padrão

s = √(1443/6) = 15,51

Resposta

s = 15,51
4.Estatística descritiva

Resposta: P = 0,2743

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 = 0,6

Tabela da normal padrão

Φ(0,6) = 0,7257
P = 1 − 0,7257 = 0,2743

Resposta

P = 0,2743
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 = 0·0,35 + 1·0,35 + 2·0,3 = 0,95

Média dos quadrados

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,35 + 4·0,3 = 1,55

Variância

Var(X) = 1,55 − 0,95² = 0,6475

Resposta

Var(X) = 0,6475
6.Probabilidades

Resposta: σY = 12,76

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 = 1,65, Var(X) = 1,627, σX = 1,276

Mudança linear

σY = |10|·1,276 = 12,76

Resposta

σY = 12,76

A média de fato se desloca: E(Y) = 10·1,65 + 20 = 36,5.

7.Distribuição normal

Resposta: P = 0,6915

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 = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s

Padronizar

z = (101,8 − 105)/6,403 = −0,5

Cauda superior

P = 1 − Φ(−0,5) = 1 − 0,3085 = 0,6915

Resposta

P = 0,6915
8.Distribuição normal

Resposta: x = 39,69 min

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) = 0,9 → z = 1,282

De volta a x

x = 32 + 1,282·6 = 39,69 min

Resposta

x = 39,69 min
9.Intervalos de confiança

Resposta: limite inferior = 111

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.

Valor crítico

df = n − 1 = 11, t = 2,201

Margem de erro

E = 2,201·1,5/√12 = 0,9531

Intervalo

112 ± 0,9531 → [111, 113]

Resposta

limite inferior = 111
10.Intervalos de confiança

Resposta: limite inferior = −13,09 kg

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.

Desvio-padrão combinado

sp² = (10·7² + 4·1,5²)/14 = 35,64
sp = 5,97

Margem de erro

E = 2,977·5,97·√(1/11 + 1/5) = 9,586

Intervalo

−3,5 ± 9,586 → [−13,09, 6,086]

Resposta

limite inferior = −13,09 kg
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: t = −3,404

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 = (10·2² + 4·8,5²)/14 = 23,5
sp = 4,848

Erro-padrão

SE = 4,848·√(1/11 + 1/5) = 2,615

Estatística de teste

t = (25 − 33,9)/2,615 = −3,404

Resposta

t = −3,404

Com gl = 14, o valor crítico bilateral a 5% é 2,145; |t| é maior, então H₀ é rejeitada.

12.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: β = 21,95 %

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 = 18/√36 = 3
x̄c = 80 − 2,326·3 = 73,02

z sob a média verdadeira

z = (73,02 − 70,7)/3 = 0,774

Erro do tipo II

poder = P(Z < 0.774) = 78.05%
β = 100% − 78,05% = 21,95%

Resposta

β = 21,95%
13.Regressão linear e correlação

Resposta: r² = 0,9873

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 = 115/5 = 23
ȳ = 612/5 = 122,4

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 489
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2691

Coeficiente de determinação

r² = 489²/(90·2691) = 0,9873

Resposta

r² = 0,9873

Cerca de 98,73% da variação de y é explicada pela reta.

14.Regressão linear e correlação

Resposta: e = 2,55

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 = 60/5 = 12

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 74

Reta de regressão

b = 74/40 = 1,85
a = 12 − 1,85·6 = 0,9
ŷ = 0,9 + 1,85·x

Valor previsto

ŷ = 0,9 + 1,85·3 = 6,45

Resíduo

e = 9 − 6,45 = 2,55

Resposta

e = 2,55

O ponto está acima da reta.

15.Testes qui-quadrado

Resposta: χ² = 10,38

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

novo medicamento: 80·91/140 = 52, 80·49/140 = 28
placebo: 60·91/140 = 39, 60·49/140 = 21

Estatística qui-quadrado

χ² = (61 − 52)²/52 + (19 − 28)²/28 + (30 − 39)²/39 + (30 − 21)²/21
χ² = 10,38

Resposta

χ² = 10,38

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

16.Testes qui-quadrado

Resposta: χ²crit = 18,31

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 = 11 − 1 = 10

Tabela

χ²crit(df = 10, α = 0,05) = 18,307

Resposta

χ²crit = 18,307

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

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