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 erro do tipo I ocorre quando um pesquisador:

  1. ANão rejeita uma hipótese nula falsa
  2. BColeta dados demais
  3. CRejeita uma hipótese nula que na verdade é verdadeira
  4. DUsa o teste estatístico errado
2.Métodos de investigação em psicologiaDifícil

Um departamento de psicologia recruta participantes só de disciplinas introdutórias de psicologia. Os críticos dizem que as amostras são "WEIRD". A que isso se refere?

  1. AAmostras que desistem cedo dos estudos
  2. BAmostras com comportamento incomumente estranho
  3. CAmostras recrutadas com métodos aleatórios ponderados
  4. DAmostras ocidentais, escolarizadas, industrializadas, ricas e democráticas, que podem não se generalizar
3.Estatística descritivaMédia
2025303540455055

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 20, 37, 49, 32, 18, 57.

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

Uma grandeza segue uma distribuição normal com média 170 e desvio-padrão 20. Que proporção P dos valores está acima de 210?

μ = 170σ = 20x = 210
P =
5.ProbabilidadesMédia
xp(x)10,0520,1530,240,3550,25μ = 3,6

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

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,05, 0,15, 0,2, 0,35, 0,25
Var(X) =
6.ProbabilidadesDifícil
n = 11, p = 0,4: P(X = 3) = ?k01234567891011

Um teste tem 11 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 3?

n = 11p = 0,4k = 3
P =
7.Distribuição normalMédia
2036,8P = ?

As durações de entregas seguem uma distribuição normal com média 32 min e desvio-padrão 6 min. Que fração está entre 20 e 36,8 min? Dê P em forma decimal.

μ = 32σ = 6x1 = 20x2 = 36,8
P =
8.Distribuição normalDifícil
μ = 500x = ?95%

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 95% delas (o percentil 95).

μ = 500σ = 40P = 95%
x = h
9.Intervalos de confiançaMédia
x̄E₁ = 6,199%, n = 100x̄E₂ = ?90%, n = 400

Um intervalo de confiança de 99% para uma média, baseado em 100 observações e σ conhecido, tem margem de erro de 6,1. Qual é a margem de erro E₂ de um intervalo de 90% baseado em 400 observações?

99%n₁ = 100E₁ = 6,190%n₂ = 400
E₂ =
10.Intervalos de confiançaDifícil
σ = 27, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,595%

O desvio-padrão da população é 27. 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 0,5?

σ = 27E = 0,595%
n =
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
−2,1452,145t = ?df = 14

Dois métodos de ensino são comparados. Grupo 1: 5 alunos, nota média 32,5, desvio-padrão 4. Grupo 2: 11 alunos, nota média 49,1, desvio-padrão 11,5. 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 = 5x̄₁ = 32,5s₁ = 4n₂ = 11x̄₂ = 49,1s₂ = 11,5
t =
12.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
μ₀x̄c

Um teste z unilateral de H₀: μ = 500 contra H₁: μ < 500 é feito com α = 0.05 e uma amostra de 64; o desvio-padrão é conhecido e vale 8. Na realidade a média é 498.9. Encontre a probabilidade de um erro do tipo II β em porcentagem.

μ₀ = 500μ = 498,9σ = 8n = 64α = 0,05
β = %
13.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy2741561982310281231xy510102030

A tabela dá 6 observações pareadas de x = carga em kN e y = alongamento em mm. Encontre o coeficiente de correlação de Pearson r.

n = 6
r =
14.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy18592076227724902696xy20256080100x = 25

A tabela dá 5 observações pareadas de x = temperatura em °C e y = sorvetes vendidos. Use a reta de mínimos quadrados ŷ = a + b·x. É feita uma nova observação (25, 97). Encontre o seu resíduo e = y − ŷ.

n = 5(25, 97)
e =
15.Testes qui-quadradoMédia
melhorounão melhorouTotalnovo medicamento5149100placebo122840Total6377140

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

É feito um teste qui-quadrado de independência em uma tabela de contingência com 3 linhas e 3 colunas (sem contar os totais). 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: C · Rejeita uma hipótese nula que na verdade é verdadeira

Porque é esta a resposta

Um erro do tipo I afirma um efeito que não existe. Sua probabilidade é igual ao nível de significância (geralmente 0,05). Um erro do tipo II deixa passar um efeito real.

Resposta

C · Rejeita uma hipótese nula que na verdade é verdadeira
2.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: D · Amostras ocidentais, escolarizadas, industrializadas, ricas e democráticas, que podem não se generalizar

Porque é esta a resposta

Henrich e colaboradores observaram que a maioria dos participantes de psicologia vem de sociedades WEIRD (Western, Educated, Industrialised, Rich, Democratic), que não representam a humanidade, o que ameaça a validade populacional.

Resposta

D · Amostras ocidentais, escolarizadas, industrializadas, ricas e democráticas, que podem não se generalizar
3.Estatística descritiva

Resposta: s = 15,53

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 = 213/6 = 35,5

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = (−15,5)² + 1,5² + 13,5² + (−3,5)² + (−17,5)² + 21,5² = 1206

Desvio-padrão

s = √(1206/5) = 15,53

Resposta

s = 15,53
4.Estatística descritiva

Resposta: P = 0,02275

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 = 2

Tabela da normal padrão

Φ(2) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275

Resposta

P = 0,02275
5.Probabilidades

Resposta: Var(X) = 1,34

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 = 1·0,05 + 2·0,15 + 3·0,2 + 4·0,35 + 5·0,25 = 3,6

Média dos quadrados

E(X²) = 1·0,05 + 4·0,15 + 9·0,2 + 16·0,35 + 25·0,25 = 14,3

Variância

Var(X) = 14,3 − 3,6² = 1,34

Resposta

Var(X) = 1,34
6.Probabilidades

Resposta: P = 0,1774

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 = 3) = 165·0,43·0,68 = 165·0,064·0,0168 = 0,1774

Resposta

P = 0,1774
7.Distribuição normal

Resposta: P = 0,7654

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 = (20 − 32)/6 = −2
z₂ = (36,8 − 32)/6 = 0,8

Área entre os valores

P = Φ(0,8) − Φ(−2) = 0,7881 − 0,02275 = 0,7654

Resposta

P = 0,7654
8.Distribuição normal

Resposta: x = 565,8 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) = 0,95 → z = 1,645

De volta a x

x = 500 + 1,645·40 = 565,8 h

Resposta

x = 565,8 h
9.Intervalos de confiança

Resposta: E₂ = 1,948

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 = (1,645/2,576)·√(100/400) = 0,3193

Nova margem

E₂ = 6,1·0,3193 = 1,948

Resposta

E₂ = 1,948
10.Intervalos de confiança

Resposta: n = 11203

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 = (1,96·27/0,5)² = 11202

Arredondar para cima

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

n = 11203

Resposta

n = 11203
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: t = −3,093

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 = (4·4² + 10·11,5²)/14 = 99,04
sp = 9,952

Erro-padrão

SE = 9,952·√(1/5 + 1/11) = 5,368

Estatística de teste

t = (32,5 − 49,1)/5,368 = −3,093

Resposta

t = −3,093

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 = 70,71 %

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 = 8/√64 = 1
x̄c = 500 − 1,645·1 = 498,4

z sob a média verdadeira

z = (498,4 − 498,9)/1 = −0,545

Erro do tipo II

poder = P(Z < −0.545) = 29.29%
β = 100% − 29,29% = 70,71%

Resposta

β = 70,71%
13.Regressão linear e correlação

Resposta: r = 0,9897

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 = 123/6 = 20,5

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 163
Syy = Σ(y − ȳ)² = 387,5

Coeficiente de correlação

r = 163/√(70·387,5) = 0,9897

Resposta

r = 0,9897
14.Regressão linear e correlação

Resposta: e = 4,2

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 = 110/5 = 22
ȳ = 398/5 = 79,6

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 176

Reta de regressão

b = 176/40 = 4,4
a = 79,6 − 4,4·22 = −17,2
ŷ = −17,2 + 4,4·x

Valor previsto

ŷ = −17,2 + 4,4·25 = 92,8

Resíduo

e = 97 − 92,8 = 4,2

Resposta

e = 4,2

O ponto está acima da reta.

15.Testes qui-quadrado

Resposta: χ² = 5,091

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: 100·63/140 = 45, 100·77/140 = 55
placebo: 40·63/140 = 18, 40·77/140 = 22

Estatística qui-quadrado

χ² = (51 − 45)²/45 + (49 − 55)²/55 + (12 − 18)²/18 + (28 − 22)²/22
χ² = 5,091

Resposta

χ² = 5,091

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

16.Testes qui-quadrado

Resposta: χ²crit = 9,488

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 = (3 − 1)·(3 − 1) = 4

Tabela

χ²crit(df = 4, α = 0,05) = 9,488

Resposta

χ²crit = 9,488

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

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