Методы исследования и статистика в психологии: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (16) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Описательная статистика

Среднее
x̄ = Σx/n
Выборочное стандартное отклонение
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Медиана
срединное значение упорядоченных данных
z-оценка
z = (x − μ)/σ
Нормальное распределение
68% в пределах ±1σ, 95% в пределах ±2σ

Вероятность

Противоположное событие
P(not A) = 1 − P(A)
Правило сложения
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Независимые события
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Условная вероятность
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Биномиальное распределение
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Нормальное распределение

z-оценка
z = (x − μ)/σ
Меньше x
P(X < x) = Φ(z)
Больше x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Между
Φ(z2) − Φ(z1)
Процентиль
x = μ + z·σ

Метод

  1. Переведите значение в z-оценку: z = (x − μ)/σ.
  2. Найдите по таблице Φ(z) — площадь слева от z.
  3. Для площади справа используйте 1 − Φ(z); для интервала вычтите две площади слева.
  4. Для процентиля действуйте в обратном порядке: найдите z по площади, затем x = μ + z·σ.

Доверительные интервалы

σ известно
x̄ ± z·σ/√n
σ неизвестно
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
Критическое значение z
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Объём выборки
n = (z·σ/E)², rounded up

Метод

  1. Выберите между z (известна σ генеральной совокупности) и t (известно только выборочное s, n − 1 степеней свободы).
  2. Найдите критическое значение для уровня доверия.
  3. Предельная ошибка: E = критическое значение × стандартное отклонение/√n.
  4. Интервал: x̄ ± E.

Проверка гипотез и доверительные интервалы

z-тест для среднего
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
t-тест для среднего
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Двусторонний на уровне 5%
отвергните H0, если |z| > 1,96
Доверительный интервал
x̄ ± z·σ/√n

Метод

  1. Сформулируйте H₀ и H₁ и решите, односторонний критерий или двусторонний.
  2. Вычислите статистику критерия: (x̄ − μ₀)/(σ/√n) или с s и t.
  3. Сравните с критическим значением или найдите p-значение.
  4. Отвергните H₀, если статистика выходит за критическое значение (p меньше α), и сформулируйте вывод словами.

Линейная регрессия и корреляция

Суммы квадратов
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Угловой коэффициент
b = Sxy/Sxx
Свободный член
a = ȳ − b·x̄
Корреляция
r = Sxy/√(SxxSyy)
Остаток
e = y − ŷ

Критерии хи-квадрат

Статистика критерия
χ² = Σ(O − E)²/E
Согласие с распределением
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
Независимость
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
Критические значения (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
Решение
отвергнуть H0, если χ² > χ²crit

2Тренировочные задачи

1.Методы исследования в психологииСредняя

Какой примерно процент значений нормального распределения лежит в пределах одного стандартного отклонения от среднего?

  1. A68%
  2. B99,7%
  3. C95%
  4. D50%
2.Методы исследования в психологииСложная

В обоснованной теории (grounded theory) сбор данных продолжают, пока:

  1. AНе получено p-значение ниже 0,05
  2. BНе подтвердилась исходная гипотеза
  3. CНе опрошено не менее 1,000 участников
  4. DНе достигнута теоретическая насыщенность и новые данные не добавляют новых категорий
3.Описательная статистикаСредняя
303540455055

Найдите выборочное стандартное отклонение s данных: 26, 46, 47, 57, 32.

n = 5
s =
4.Описательная статистикаСложная
z −2−1012

Величина распределена нормально со средним 170 и стандартным отклонением 8. Какая доля P значений меньше 158?

μ = 170σ = 8x = 158
P =
5.ВероятностьСредняя
n = 8k = 2N = ?

Сколькими способами N можно выбрать комиссию из 2 человек из группы из 8 человек? Порядок не важен.

n = 8k = 2
N =
6.ВероятностьСложная
n = 9, p = 0,6: P(X = 3) = ?k0123456789

В тесте 9 вопросов с вариантами ответов. Студентка, которая угадывает, отвечает верно на каждый с вероятностью 0,6, независимо. Какова вероятность P ровно 3 верных ответов?

n = 9p = 0,6k = 3
P =
7.Нормальное распределениеСредняя
488532P = ?

Пусть сроки службы батареек распределены нормально со средним 500 h и стандартным отклонением 40 h. Какая доля значений лежит между 488 и 532 h? Дайте P в виде десятичной дроби.

μ = 500σ = 40x1 = 488x2 = 532
P =
8.Нормальное распределениеСложная
235240245250255260265gверх 5%

Распределение «массы пакетов» нормальное: среднее 250 g, стандартное отклонение 5 g. Перетащите границу так, чтобы закрашенные верхние 5% были справа от неё. Найдите границу x.

μ = 250 gσ = 5 g5%
x = g
9.Доверительные интервалыСредняя
n = 10, sd​ = 7,10L = ?Ud̄ = 2,5E90%

У 10 пациентов измеряют артериальное давление до и после лечения. Разности d = до − после (mmHg) имеют среднее 2,5 и стандартное отклонение 7,1. Найдите нижнюю границу 90 % доверительного интервала для средней разности.

n = 10d̄ = 2,5sd = 7,190%t(9) = 1,833
нижняя граница = mmHg
10.Доверительные интервалыСложная
n = 25σ = ?Us = 8,595%

Диаметры 25 обработанных валов имеют выборочное стандартное отклонение 8,5 µm. Считая диаметры нормально распределёнными, найдите границу 95 % доверительного интервала для стандартного отклонения генеральной совокупности — нижняя граница σ. При df = 24 2,5 % распределения χ² лежит ниже 12,401 и 2,5 % — выше 39,364.

n = 25s = 8,5 µmχ² = 12,401, 39,364
σ = µm
11.Проверка гипотез и доверительные интервалыСредняя
t −2,0302,03

Выборка из 36 студентов имеет средний балл 197 и выборочное стандартное отклонение 20. Найдите статистику критерия t для H₀: μ = 200.

μ₀ = 200x̄ = 197s = 20n = 36
t =
12.Проверка гипотез и доверительные интервалыСложная
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 5α = 0,01βσ = 14, мощность 90%, n = ?

Односторонний z-критерий при α = 0,01 должен обнаруживать сдвиг среднего на 5 единиц с мощностью 90 %. Стандартное отклонение равно 14. Найдите минимальный объём выборки n.

α = 0,01мощность = 90%δ = 5σ = 14zα = 2,326zβ = 1,282
n =
13.Линейная регрессия и корреляцияСредняя
xy23476981210171220xy5101020

В таблице даны 6 пар наблюдений x = нагрузка в kN и y = удлинение в mm. Даны их суммы. Найдите по этим суммам коэффициент корреляции Пирсона r.

n = 6Σx = 42Σy = 68Σx² = 364Σy² = 972Σxy = 594
r =
14.Линейная регрессия и корреляцияСложная
xy234106148141021xy5101020x = 9

В таблице даны 5 пар наблюдений x = нагрузка в kN и y = удлинение в mm. Используйте прямую наименьших квадратов ŷ = a + b·x. Получено новое наблюдение (9, 23). Найдите его остаток e = y − ŷ.

n = 5(9, 23)
e =
15.Критерии хи-квадратСредняя
улучшениебез улучшенияИтогоновый препарат305080плацебо186280Итого48112160

Таблица сопряжённости содержит наблюдаемые частоты. Вычислите статистику хи-квадрат χ² для проверки независимости переменных строк и столбцов. Поправку на непрерывность не применяйте.

N = 1602 × 2
χ² =
16.Критерии хи-квадратСложная
данетИтоговозраст 18–30283260возраст 31–50314980возраст 51+132740Итого72108180dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

В таблице даны наблюдаемые частоты. Проверьте при α = 0,05, независимы ли две переменные (без поправки на непрерывность). Вычислите статистику критерия χ², затем сравните её с критическим значением из таблицы.

N = 1803 × 2α = 0,05
χ² =

3Растворы

1.Методы исследования в психологии

Ответ: A · 68%

Почему это ответ

Около 68% значений попадает в пределы ±1 SD, около 95% — в пределы ±2 SD и около 99,7% — в пределы ±3 SD.

Ответ

A · 68%
2.Методы исследования в психологии

Ответ: D · Не достигнута теоретическая насыщенность и новые данные не добавляют новых категорий

Почему это ответ

Обоснованная теория разрабатывает теорию индуктивно, одновременно собирая и кодируя данные, и прекращает формирование выборки, когда новые данные уже не развивают категории.

Ответ

D · Не достигнута теоретическая насыщенность и новые данные не добавляют новых категорий
3.Описательная статистика

Ответ: s = 12,46

Описательная статистика: среднее — сумма, делённая на n; медиана — середина упорядоченных данных (среднее двух средних значений при чётном n). Выборочное стандартное отклонение s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оценка z = (x − μ)/σ показывает, на сколько стандартных отклонений значение отстоит от среднего.

Среднее

x̄ = 208/5 = 41,6

Квадраты отклонений

Σ(x − x̄)² = (−15,6)² + 4,4² + 5,4² + 15,4² + (−9,6)² = 621,2

Стандартное отклонение

s = √(621,2/4) = 12,46

Ответ

s = 12,46
4.Описательная статистика

Ответ: P = 0,06681

Описательная статистика: среднее — сумма, делённая на n; медиана — середина упорядоченных данных (среднее двух средних значений при чётном n). Выборочное стандартное отклонение s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оценка z = (x − μ)/σ показывает, на сколько стандартных отклонений значение отстоит от среднего.

Стандартизуйте

z = −1,5

Таблица нормального распределения

Φ(−1,5) = 0,06681
P = 0,06681

Ответ

P = 0,06681
5.Вероятность

Ответ: N = 28

Вероятность: при равновозможных исходах P(A) = благоприятные/все. Для независимых событий вероятности перемножают: P(A и B) = P(A)·P(B). Часто помогает противоположное событие: P(хотя бы одно) = 1 − P(ни одного). Биномиальное распределение: в n независимых испытаниях с вероятностью успеха p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Сочетания

C(8, 2) = (8·7)/(2·1) = 28

Ответ

N = 28
6.Вероятность

Ответ: P = 0,07432

Вероятность: при равновозможных исходах P(A) = благоприятные/все. Для независимых событий вероятности перемножают: P(A и B) = P(A)·P(B). Часто помогает противоположное событие: P(хотя бы одно) = 1 − P(ни одного). Биномиальное распределение: в n независимых испытаниях с вероятностью успеха p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Формула Бернулли

P(X = 3) = 84·0,63·0,46 = 84·0,216·0,004096 = 0,07432

Ответ

P = 0,07432
7.Нормальное распределение

Ответ: P = 0,4061

Нормальное распределение: переведите значение x в z-оценку z = (x − μ)/σ, которая показывает, на сколько стандартных отклонений значение отстоит от среднего. Таблица z (или Φ(z)) даёт площадь слева от z, то есть P(X < x). Площадь справа равна 1 − Φ(z), а площадь между двумя значениями — разности их площадей слева.

z-оценки

z₁ = (488 − 500)/40 = −0,3
z₂ = (532 − 500)/40 = 0,8

Площадь между

P = Φ(0,8) − Φ(−0,3) = 0,7881 − 0,3821 = 0,4061

Ответ

P = 0,4061
8.Нормальное распределение

Ответ: x = 258,2 g

От площади обратно к z: Φ(z) — это площадь слева от z. Для площади левого хвоста A найдите в таблице z с Φ(z) = A. Площадь правого хвоста A означает Φ(z) = 1 − A. Центральная площадь A между −z и z оставляет (1 − A)/2 в каждом хвосте, поэтому Φ(z) = (1 + A)/2. Для значения x используйте x = μ + zσ.

Площадь слева

Φ(z) = 0,95

z из таблицы

z ≈ 1,64

Возврат к исходным единицам

x = 250 + 1,64·5 = 258,2 g

Ответ

x = 258,2 g
9.Доверительные интервалы

Ответ: нижняя граница = −1,615 mmHg

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.

Критическое значение

df = 9, t = 1,833

Предельная ошибка

E = 1,833·7,1/√10 = 4,115

Интервал

2,5 ± 4,115 → [−1,615, 6,615]

Ответ

нижняя граница = −1,615 mmHg
10.Доверительные интервалы

Ответ: σ = 6,637 µm

Интервал для дисперсии: (n − 1)s²/σ² имеет распределение χ² с n − 1 степенями свободы. 95 % интервал для σ² простирается от (n − 1)s², делённого на верхнее значение χ² (выше него 2,5 %), до (n − 1)s², делённого на нижнее значение χ² (ниже него 2,5 %); интервал для σ получают извлечением квадратного корня из обеих границ. Он несимметричен относительно s.

Сумма квадратов

(n − 1)s² = 24·8,5² = 1734

Границы для σ²

1734/39,364 = 44,05
1734/12,401 = 139,8

Граница для σ

σ = √44,05 = 6,637 µm

Ответ

σ = 6,637 µm

95 % интервал для σ: [6,637, 11,82] µm.

11.Проверка гипотез и доверительные интервалы

Ответ: t = −0,9

Проверка среднего: статистика критерия показывает, на сколько стандартных ошибок выборочное среднее отстоит от значения из H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), если σ известно, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), если его оценивают по выборке. Доверительный интервал — x̄ ± (критическое значение)·(стандартная ошибка).

Стандартная ошибка

SE = 20/√36 = 20/6 = 3,333

Статистика критерия

t = (197 − 200)/3,333 = −0,9

Ответ

t = −0,9
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| < 2.03, поэтому H₀ не отвергается на уровне 5 % (двусторонний критерий).

12.Проверка гипотез и доверительные интервалы

Ответ: n = 103

Объём выборки для критерия: чтобы обнаружить истинный сдвиг δ с мощностью 1 − β одностронним z-критерием на уровне α, стандартная ошибка должна удовлетворять δ = (z_α + z_β)·σ/√n, поэтому n = ((z_α + z_β)·σ/δ)² с округлением вверх.

Выразите n

n = ((2,326 + 1,282)·14/5)² = 102,1

Округлите вверх

n = 103

Ответ

n = 103
13.Линейная регрессия и корреляция

Ответ: r = 0,994

Метод наименьших квадратов: при средних x̄ и ȳ, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² и Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) прямая ŷ = a + b·x имеет угловой коэффициент b = Sxy/Sxx и свободный член a = ȳ − b·x̄, поэтому она всегда проходит через (x̄, ȳ). Коэффициент корреляции Пирсона r = Sxy/√(Sxx·Syy) лежит между −1 и 1; r² — доля вариации y, объяснённая прямой.

Центрированные суммы

Sxy = 594 − 42·68/6 = 118
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 972 − 68²/6 = 201,3

Коэффициент корреляции

r = 118/√(70·201,3) = 0,994

Ответ

r = 0,994
14.Линейная регрессия и корреляция

Ответ: e = 4,6

Метод наименьших квадратов: при средних x̄ и ȳ, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² и Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) прямая ŷ = a + b·x имеет угловой коэффициент b = Sxy/Sxx и свободный член a = ȳ − b·x̄, поэтому она всегда проходит через (x̄, ȳ). Коэффициент корреляции Пирсона r = Sxy/√(Sxx·Syy) лежит между −1 и 1; r² — доля вариации y, объяснённая прямой.

Средние

x̄ = 30/5 = 6
ȳ = 62/5 = 12,4

Суммы квадратов и произведений

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 80

Линия регрессии

b = 80/40 = 2
a = 12,4 − 2·6 = 0,4
ŷ = 0,4 + 2·x

Прогнозируемое значение

ŷ = 0,4 + 2·9 = 18,4

Остаток

e = 23 − 18,4 = 4,6

Ответ

e = 4,6

Точка лежит выше прямой.

15.Критерии хи-квадрат

Ответ: χ² = 4,286

Критерии хи-квадрат: сравнивают наблюдаемые частоты O с частотами E, ожидаемыми при H₀, по формуле χ² = Σ(O − E)²/E. Согласие с распределением: E = n·p для каждой категории, df = k − 1 (и ещё минус один за каждый параметр, оцениваемый по данным). Независимость в таблице r × c: E = итог по строке × итог по столбцу / общий итог, df = (r − 1)(c − 1). Отвергайте H₀, когда χ² превышает критическое значение для выбранного α.

Ожидаемые частоты

новый препарат: 80·48/160 = 24, 80·112/160 = 56
плацебо: 80·48/160 = 24, 80·112/160 = 56

Статистика хи-квадрат

χ² = (30 − 24)²/24 + (50 − 56)²/56 + (18 − 24)²/24 + (62 − 56)²/56
χ² = 4,286

Ответ

χ² = 4,286

df = 1. При α = 0,05 критическое значение равно 3,841, поэтому H₀ (независимость) отвергается.

16.Критерии хи-квадрат

Ответ: χ² = 2,101

Критерии хи-квадрат: сравнивают наблюдаемые частоты O с частотами E, ожидаемыми при H₀, по формуле χ² = Σ(O − E)²/E. Согласие с распределением: E = n·p для каждой категории, df = k − 1 (и ещё минус один за каждый параметр, оцениваемый по данным). Независимость в таблице r × c: E = итог по строке × итог по столбцу / общий итог, df = (r − 1)(c − 1). Отвергайте H₀, когда χ² превышает критическое значение для выбранного α.

Ожидаемые частоты

возраст 18–30: 24, 36
возраст 31–50: 32, 48
возраст 51+: 16, 24

Статистика хи-квадрат

χ² = (28 − 24)²/24 + (32 − 36)²/36 + (31 − 32)²/32 + (49 − 48)²/48 + (13 − 16)²/16 + (27 − 24)²/24
χ² = 2,101

Решение

df = 2, χ²crit = 5,991
2,101 < 5,991

Ответ

χ² = 2,101

χ² меньше критического значения, поэтому H₀ не отвергается: значимых свидетельств связи нет.

ExamProblems · examproblems.com/courses/research-methods-psychology