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

Por que as categorias de comportamento de uma observação são operacionalizadas antes da coleta de dados?

  1. APara que a hipótese possa ser mudada depois de ver os dados
  2. BPara que a observação se torne um experimento
  3. CPara que os participantes saibam exatamente o que está sendo registrado
  4. DPara que os observadores registrem os mesmos comportamentos de forma consistente, melhorando a confiabilidade
2.Métodos de investigação em psicologiaDifícil

Um participante toma um medicamento ou uma pílula de açúcar sem saber qual, enquanto o pesquisador sabe. Que desenho é esse e que viés continua possível?

  1. ADuplo-cego; nenhum viés é possível
  2. BEnsaio aberto; os efeitos placebo estão totalmente controlados
  3. CCego simples; características de demanda são impossíveis
  4. DCego simples; o viés do experimentador ainda é possível
3.Estatística descritivaMédia
2530354045505560

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 60, 44, 25, 32, 53.

n = 5
s =
4.Estatística descritivaDifícil
z −2−1012

As notas de um exame seguem uma distribuição normal com média 170 e desvio-padrão 20. Calcule a pontuação z z de uma nota de 154.

μ = 170σ = 20x = 154
z =
5.ProbabilidadesMédia
xp(x)00,320,1540,2560,3μ = 3,1

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

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,3, 0,15, 0,25, 0,3
Var(X) =
6.ProbabilidadesDifícil
n = 10, p = 0,3: P(X ≤ 1) = ?k012345678910

Testam-se 10 componentes e cada um avaria com probabilidade 0,3, de forma independente. Qual é a probabilidade P de avariar no máximo um?

n = 10p = 0,3
P =
7.Distribuição normalMédia
300 kg300,9 kgT = X₁ + … + X₁₂?

As massas de sacos de cimento são independentes e normais com média 25 kg e desvio padrão 0,5 kg. Encontre a probabilidade P de a massa total de 12 deles exceder 300,9 kg. Arredonde z para duas casas decimais.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 12> 300,9 kg
P =
8.Distribuição normalDifícil
0,03 mm0D − d?

Os diâmetros D dos furos são normais com média 25,03 mm e desvio padrão 0,015 mm. Os diâmetros d dos eixos são independentes e normais com média 25 mm e desvio padrão 0,02 mm. Um eixo escolhido ao acaso encaixa quando D − d > 0. Encontre a probabilidade P de ele encaixar. Arredonde z para duas casas decimais.

furo: μ = 25,03 mm, σ = 0,015 mmeixo: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
9.Intervalos de confiançaMédia
n = 8, s = 7,5L = ?Ux̄ = 108E95%

Uma amostra de 8 itens tem média 108 e desvio-padrão s = 7,5. A população é aproximadamente normal. Calcule o limite inferior do intervalo de confiança de 95% para a média.

n = 8x̄ = 108s = 7,595%t(7) = 2,365
limite inferior =
10.Intervalos de confiançaDifícil
n = 30Lσ = ?s = 3,995%

Os diâmetros de 30 eixos usinados têm desvio-padrão amostral de 3,9 µm. Supondo que os diâmetros tenham distribuição normal, encontre o limite superior σ do intervalo de confiança de 95% para o desvio-padrão populacional. Com gl = 29, 2,5% da distribuição χ² fica abaixo de 16,047 e 2,5% fica acima de 45,722.

n = 30s = 3,9 µmχ² = 16,047, 45,722
σ = µm
11.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
−2,022,02p = ?

Afirma-se que a média de uma população é 120; o desvio-padrão da população é conhecido e vale 18. Uma amostra aleatória de 36 observações tem média 126,06. Teste H₀: μ = 120 contra H₁: μ ≠ 120. Encontre o valor p p.

μ₀ = 120σ = 18n = 36x̄ = 126,06H₁: μ ≠ μ₀
p =
12.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
z −2,57602,576

Uma amostra de 36 medições tem média 72,3. O desvio-padrão da população é 20. Calcule o limite inferior L do intervalo de confiança a 99 % para a média.

x̄ = 72,3σ = 20n = 3699%
L =
13.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy2841061581710221228xy510102030

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
xy1559177019762181239725110xy1520256080100x = 18

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. Preveja ŷ para x = 18.

n = 6x = 18
ŷ =
15.Testes qui-quadradoMédia
ônibusbicicletacarroTotalestudantes164440100funcionários174459120Total338899220

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 = 2202 × 3
χ² =
16.Testes qui-quadradoDifícil
aprovadoreprovadoTotalfábrica A374380fábrica B293160fábrica C241640Total9090180dfα = 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 = 1803 × 2α = 0,05
χ² =

3Soluções

1.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: D · Para que os observadores registrem os mesmos comportamentos de forma consistente, melhorando a confiabilidade

Porque é esta a resposta

Categorias claras e observáveis (por exemplo, "bate com a mão aberta") reduzem o julgamento subjetivo e aumentam a confiabilidade entre observadores.

Resposta

D · Para que os observadores registrem os mesmos comportamentos de forma consistente, melhorando a confiabilidade
2.Métodos de investigação em psicologia

Resposta: D · Cego simples; o viés do experimentador ainda é possível

Porque é esta a resposta

Num desenho cego simples, os participantes não sabem sua condição, o que controla as expectativas de placebo. O conhecimento do pesquisador ainda pode influenciar os resultados, por isso se preferem os desenhos duplo-cegos.

Resposta

D · Cego simples; o viés do experimentador ainda é possível
3.Estatística descritiva

Resposta: s = 14,45

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 = 214/5 = 42,8

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = 17,2² + 1,2² + (−17,8)² + (−10,8)² + 10,2² = 834,8

Desvio-padrão

s = √(834,8/4) = 14,45

Resposta

s = 14,45
4.Estatística descritiva

Resposta: z = −0,8

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 = (154 − 170)/20 = −0,8

Resposta

z = −0,8
5.Probabilidades

Resposta: Var(X) = 5,79

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 + 2·0,15 + 4·0,25 + 6·0,3 = 3,1

Média dos quadrados

E(X²) = 0·0,3 + 4·0,15 + 16·0,25 + 36·0,3 = 15,4

Variância

Var(X) = 15,4 − 3,1² = 5,79

Resposta

Var(X) = 5,79
6.Probabilidades

Resposta: P = 0,1493

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) = 0,710 = 0,02825
P(X = 1) = 10·0,3·0,79 = 0,1211

Some

P = 0,02825 + 0,1211 = 0,1493

Resposta

P = 0,1493
7.Distribuição normal

Resposta: P = 0,3015

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 = 300 kg, σT = 0,5·√12 = 1,732 kg

Padronizar

z = (300,9 − 300)/1,732 = 0,52

Probabilidades

P = 1 − Φ(0,52) = 0,3015

Resposta

P = 0,3015
8.Distribuição normal

Resposta: P = 0,8849

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 diferença

μ = 25,03 − 25 = 0,03 mm, σ = 0,025 mm

Padronizar

z = (0 − 0,03)/0,025 = −1,2

Probabilidades

P = 1 − Φ(−1,2) = 0,8849

Resposta

P = 0,8849
9.Intervalos de confiança

Resposta: limite inferior = 101,7

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 = 7, t = 2,365

Margem de erro

E = 2,365·7,5/√8 = 6,271

Intervalo

108 ± 6,271 → [101,7, 114,3]

Resposta

limite inferior = 101,7
10.Intervalos de confiança

Resposta: σ = 5,243 µm

Intervalo para uma variância: (n − 1)s²/σ² tem distribuição χ² com n − 1 graus de liberdade. O intervalo de 95% para σ² vai de (n − 1)s² dividido pelo valor superior de χ² (2,5% acima dele) até (n − 1)s² dividido pelo valor inferior de χ² (2,5% abaixo dele); o intervalo para σ é a raiz quadrada dos dois limites. Ele não é simétrico em torno de s.

Soma de quadrados

(n − 1)s² = 29·3,9² = 441,1

Limites para σ²

441,1/45,722 = 9,647
441,1/16,047 = 27,49

Limite para σ

σ = √27,49 = 5,243 µm

Resposta

σ = 5,243 µm

Intervalo de 95% para σ: [3,106, 5,243] µm.

11.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: p = 0,04338

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.

Estatística de teste

SE = σ/√n = 18/√36 = 3
z = (126,06 − 120)/3 = 2,02

Área da cauda

Φ(2,02) = 0,9783
1 − Φ(2,02) = 0,0217

Valor p

p = 2·0,0217 = 0,04338

Resposta

p = 0,04338

p ≤ 0,05, então H₀ é rejeitada ao nível de 5%.

12.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: L = 63,71

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 = 2,576·20/√36 = 8,587

Limite do intervalo

L = 72,3 − 8,587 = 63,71

Resposta

L = 63,71
13.Regressão linear e correlação

Resposta: r = 0,9869

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 = 100/6 = 16,67

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 138
Syy = Σ(y − ȳ)² = 279,3

Coeficiente de correlação

r = 138/√(70·279,3) = 0,9869

Resposta

r = 0,9869
14.Regressão linear e correlação

Resposta: ŷ = 72,42

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 = 120/6 = 20
ȳ = 493/6 = 82,17

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 341

Reta de regressão

b = 341/70 = 4,871
a = 82,17 − 4,871·20 = −15,26
ŷ = −15,26 + 4,871·x

Previsão

ŷ = −15,26 + 4,871·18 = 72,42

Resposta

ŷ = 72,42
15.Testes qui-quadrado

Resposta: χ² = 1,874

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: 100·33/220 = 15, 100·88/220 = 40, 100·99/220 = 45
funcionários: 120·33/220 = 18, 120·88/220 = 48, 120·99/220 = 54

Estatística qui-quadrado

χ² = (16 − 15)²/15 + (44 − 40)²/40 + (40 − 45)²/45 + (17 − 18)²/18 + (44 − 48)²/48 + (59 − 54)²/54
χ² = 1,874

Resposta

χ² = 1,874

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

16.Testes qui-quadrado

Resposta: χ² = 2,117

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

fábrica A: 40, 40
fábrica B: 30, 30
fábrica C: 20, 20

Estatística qui-quadrado

χ² = (37 − 40)²/40 + (43 − 40)²/40 + (29 − 30)²/30 + (31 − 30)²/30 + (24 − 20)²/20 + (16 − 20)²/20
χ² = 2,117

Decisão

df = 2, χ²crit = 5,991
2,117 < 5,991

Resposta

χ² = 2,117

χ² está abaixo do valor crítico, então H₀ não é rejeitada: não há evidência significativa de relação.

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