Методи досліджень і статистика в психології: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 16 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачіНазад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Описова статистика

Середнє
x̄ = Σx/n
Вибіркове стандартне відхилення
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Медіана
серединне значення впорядкованих даних
z-оцінка
z = (x − μ)/σ
Нормальний розподіл
68% у межах ±1σ, 95% у межах ±2σ

Імовірність

Протилежна подія
P(not A) = 1 − P(A)
Правило додавання
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Незалежні події
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Умовна ймовірність
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Біноміальний розподіл
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Нормальний розподіл

z-оцінка
z = (x − μ)/σ
Менше за x
P(X < x) = Φ(z)
Більше за x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Між
Φ(z2) − Φ(z1)
Процентиль
x = μ + z·σ

Метод

  1. Переведіть значення в z-оцінку: z = (x − μ)/σ.
  2. Знайдіть Φ(z) — площу ліворуч від z.
  3. Для площі праворуч використайте 1 − Φ(z); для інтервалу відніміть дві ліві площі.
  4. Для процентиля дійте у зворотному порядку: знайдіть z для площі, потім x = μ + z·σ.

Довірчі інтервали

σ відоме
x̄ ± z·σ/√n
σ невідоме
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
Критичне значення z
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Обсяг вибірки
n = (z·σ/E)², rounded up

Метод

  1. Оберіть між z (σ генеральної сукупності відоме) і t (відоме лише вибіркове s, з n − 1 ступенями вільності).
  2. Знайдіть критичне значення для рівня довіри.
  3. Похибка оцінки: E = критичне значення × стандартне відхилення/√n.
  4. Інтервал: x̄ ± E.

Перевірка гіпотез і довірчі інтервали

z-тест для середнього
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
t-тест для середнього
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Двобічний на рівні 5%
відхиліть H0, якщо |z| > 1,96
Довірчий інтервал
x̄ ± z·σ/√n

Метод

  1. Сформулюйте H₀ і H₁ та визначте, чи критерій однобічний, чи двобічний.
  2. Обчисліть статистику критерію: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), або з s і t.
  3. Порівняйте з критичним значенням або знайдіть p-значення.
  4. Відхиліть H₀, якщо статистика виходить за критичне значення (p менше за α), і сформулюйте висновок словами.

Лінійна регресія та кореляція

Суми квадратів
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Нахил
b = Sxy/Sxx
Вільний член
a = ȳ − b·x̄
Кореляція
r = Sxy/√(SxxSyy)
Залишок
e = y − ŷ

Критерії хі-квадрат

Статистика критерію
χ² = Σ(O − E)²/E
Узгодженість (goodness of fit)
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
Незалежність
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
Критичні значення (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
Рішення
відхилити H0, якщо χ² > χ²crit

2Задачі для практики

1.Методи досліджень у психологіїСередня

Дослідник надсилає опитувальник усім студентам, а потім просить респондентів залучити друзів, які теж користуються рідкісним застосунком для сну. Який метод формування вибірки використано на другому кроці?

  1. AВибірку «сніжної кулі»
  2. BСтратифіковану вибірку
  3. CВипадкову вибірку
  4. DСистематичну вибірку
2.Методи досліджень у психологіїСкладна

Дослідження виявляє, що вплив стресу на захворюваність слабший у людей із сильною соціальною підтримкою. Соціальна підтримка виступає як:

  1. AЗмішувальна змінна
  2. BМодератор
  3. CЗалежна змінна
  4. DМедіатор
3.Описова статистикаСередня
202530354045

Знайдіть вибіркове стандартне відхилення s даних: 20, 46, 38, 21, 22, 40, 33.

n = 7
s =
4.Описова статистикаСкладна
z −2−1012

Величина розподілена нормально із середнім 500 і стандартним відхиленням 75. Яка частка P значень менша за 462,5?

μ = 500σ = 75x = 462,5
P =
5.ІмовірністьСередня
xp(x)00,3510,320,35μ = 1

Для показаного розподілу знайдіть дисперсію Var(X) величини X.

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,3, 0,35
Var(X) =
6.ІмовірністьСкладна
xp(x)00,3520,1540,360,2μ

X має показаний розподіл, а Y = 0,5X + 4. Знайдіть середнє квадратичне відхилення σY величини Y.

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,35, 0,15, 0,3, 0,2Y = 0,5X + 4
σY =
7.Нормальний розподілСередня
22,742,8P = ?

Нехай тривалості доставки розподілені нормально із середнім 32 min і стандартним відхиленням 6 min. Яка частка значень лежить між 22,7 і 42,8 min? Подайте P у вигляді десяткового дробу.

μ = 32σ = 6x1 = 22,7x2 = 42,8
P =
8.Нормальний розподілСкладна
10 cm0X − Y?

Зріст чоловіків (X) і жінок (Y) у групі незалежні та нормальні: X має середнє 180 cm і середнє квадратичне відхилення 10 cm, Y має середнє 170 cm і середнє квадратичне відхилення 12 cm. Знайдіть імовірність P того, що X більше за Y. Округліть z до двох знаків після коми.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Довірчі інтервалиСередня
x̄E₁ = 9,195%, n = 100x̄E₂ = ?99%, n = 100

95 % довірчий інтервал для середнього, побудований за 100 спостереженнями з відомим σ, має граничну похибку 9,1. Якою буде гранична похибка E₂ 99 % інтервалу за тими самими даними?

95%n₁ = 100E₁ = 9,199%
E₂ =
10.Довірчі інтервалиСкладна
σ = 37, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

Стандартне відхилення генеральної сукупності дорівнює 37. Який обсяг вибірки n потрібен, щоб похибка оцінки 95 % довірчого інтервалу для середнього не перевищувала 4?

σ = 37E = 495%
n =
11.Перевірка гіпотез і довірчі інтервалиСередня
−2,0862,086t = ?df = 20

Порівнюють два методи навчання. Група 1: 16 студентів, середній бал 93,5, стандартне відхилення 4. Група 2: 6 студентів, середній бал 89,7, стандартне відхилення 4. Вважайте дисперсії генеральних сукупностей рівними й використайте двовибірковий t-критерій з об’єднаною дисперсією. Знайдіть статистику критерію t для H₀: μ₁ = μ₂, беручи різницю x̄₁ − x̄₂ (група 1 мінус група 2).

n₁ = 16x̄₁ = 93,5s₁ = 4n₂ = 6x̄₂ = 89,7s₂ = 4
t =
12.Перевірка гіпотез і довірчі інтервалиСкладна
μ₀x̄c

Односторонній z-критерій для H₀: μ = 80 проти H₁: μ < 80 виконують на рівні α = 0.10 за вибіркою обсягом 25; стандартне відхилення відоме й дорівнює 2.5. Насправді середнє дорівнює 78.65. Знайдіть імовірність помилки другого роду β у відсотках.

μ₀ = 80μ = 78,65σ = 2,5n = 25α = 0,10
β = %
13.Лінійна регресія та кореляціяСередня
xy294196238321043xy5102040

Таблиця містить 5 пар спостережень x = навантаження в kN і y = видовження в mm. Знайдіть коефіцієнт кореляції Пірсона r.

n = 5
r =
14.Лінійна регресія та кореляціяСкладна
xy254761181310141218xy51051015x = 11

Таблиця містить 6 пар спостережень x = навантаження в kN і y = видовження в mm. Використайте пряму найменших квадратів ŷ = a + b·x. Спрогнозуйте ŷ для x = 11.

n = 6x = 11
ŷ =
15.Критерії хі-квадратСередня
автобусвелосипедавтомобільРазомстуденти5226280працівники1893360Разом703535140

Таблиця спряженості містить спостережувані частоти. Обчисліть статистику хі-квадрат χ² для перевірки незалежності змінних рядків і стовпців. Не використовуйте поправку на неперервність.

N = 1402 × 3
χ² =
16.Критерії хі-квадратСкладна

Критерій незалежності хі-квадрат застосовують до таблиці спряженості з 2 рядками й 6 стовпцями (без урахування підсумків). Скільки ступенів вільності df має критерій?

2 × 6
df =

3Розчини

1.Методи досліджень у психології

Відповідь: A · Вибірку «сніжної кулі»

Чому це відповідь

Вибірка «сніжної кулі» корисна для важкодоступних груп, але учасники, ймовірно, матимуть спільні характеристики, і вибірка не репрезентативна.

Відповідь

A · Вибірку «сніжної кулі»
2.Методи досліджень у психології

Відповідь: B · Модератор

Чому це відповідь

Модератор змінює силу чи напрям зв'язку між двома змінними. Медіатор пояснює механізм, через який одна змінна впливає на іншу.

Відповідь

B · Модератор
3.Описова статистика

Відповідь: s = 10,49

Описова статистика: середнє — сума, поділена на n; медіана — середнє значення впорядкованих даних (середнє двох середніх при парному n). Вибіркове стандартне відхилення s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оцінка z = (x − μ)/σ показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього.

Середнє

x̄ = 220/7 = 31,43

Квадрати відхилень

Σ(x − x̄)² = (−11,43)² + 14,57² + 6,571² + (−10,43)² + (−9,429)² + 8,571² + 1,571² = 659,7

Стандартне відхилення

s = √(659,7/6) = 10,49

Відповідь

s = 10,49
4.Описова статистика

Відповідь: P = 0,3085

Описова статистика: середнє — сума, поділена на n; медіана — середнє значення впорядкованих даних (середнє двох середніх при парному n). Вибіркове стандартне відхилення s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оцінка z = (x − μ)/σ показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього.

Стандартизуйте

z = −0,5

Таблиця нормального розподілу

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085

Відповідь

P = 0,3085
5.Імовірність

Відповідь: Var(X) = 0,7

Дискретні випадкові величини: розподіл імовірностей перелічує всі значення x, яких може набувати величина, з імовірністю p(x); імовірності лежать між 0 і 1 та в сумі дають 1. Математичне сподівання (середнє) — E(X) = Σx·p(x), довгострокове середнє. Дисперсія — Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², а середнє квадратичне відхилення σ = √Var(X). Для лінійної зміни Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) і σY = |a|·σX; додавання сталої не змінює розкид.

Середнє

μ = 0·0,35 + 1·0,3 + 2·0,35 = 1

Середнє квадратів

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,3 + 4·0,35 = 1,7

Дисперсія

Var(X) = 1,7 − 1² = 0,7

Відповідь

Var(X) = 0,7
6.Імовірність

Відповідь: σY = 1,152

Дискретні випадкові величини: розподіл імовірностей перелічує всі значення x, яких може набувати величина, з імовірністю p(x); імовірності лежать між 0 і 1 та в сумі дають 1. Математичне сподівання (середнє) — E(X) = Σx·p(x), довгострокове середнє. Дисперсія — Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², а середнє квадратичне відхилення σ = √Var(X). Для лінійної зміни Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) і σY = |a|·σX; додавання сталої не змінює розкид.

Розкид X

μ = 2,7, Var(X) = 5,31, σX = 2,304

Лінійна зміна

σY = |0,5|·2,304 = 1,152

Відповідь

σY = 1,152

Середнє таки зсувається: E(Y) = 0,5·2,7 + 4 = 5,35.

7.Нормальний розподіл

Відповідь: P = 0,9035

Нормальний розподіл: переведіть значення x у z-оцінку z = (x − μ)/σ, яка показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього. Таблиця z (або Φ(z)) дає площу ліворуч від z, тобто P(X < x). Площа праворуч дорівнює 1 − Φ(z), а площа між двома значеннями — різниці їхніх площ ліворуч.

z-оцінки

z₁ = (22,7 − 32)/6 = −1,55
z₂ = (42,8 − 32)/6 = 1,8

Площа між

P = Φ(1,8) − Φ(−1,55) = 0,9641 − 0,06057 = 0,9035

Відповідь

P = 0,9035
8.Нормальний розподіл

Відповідь: P = 0,7389

Суми й різниці нормальних величин: якщо X і Y незалежні та нормальні, то X + Y і X − Y також нормальні. Середні додаються чи віднімаються: E(X ± Y) = μX ± μY. Дисперсії завжди додаються, також і для різниці: Var(X ± Y) = σX² + σY², тож σ = √(σX² + σY²). Середні квадратичні відхилення безпосередньо ніколи не додаються. Сума n незалежних елементів з однаковим розподілом має середнє n·μ і середнє квадратичне відхилення σ·√n. Далі стандартизуйте як звичайно: z = (x − середнє)/σ і зчитайте Φ(z).

Розподіл різниці

μ = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Стандартизуйте

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Імовірність

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Відповідь

P = 0,7389
9.Довірчі інтервали

Відповідь: E₂ = 11,96

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.

Відношення похибок

E₂/E₁ = (2,576/1,96)·√(100/100) = 1,314

Нова похибка

E₂ = 9,1·1,314 = 11,96

Відповідь

E₂ = 11,96
10.Довірчі інтервали

Відповідь: n = 329

Довірчий інтервал для середнього: x̄ ± похибка оцінки. Якщо σ генеральної сукупності відоме, похибка оцінки дорівнює z·σ/√n; якщо відоме лише вибіркове стандартне відхилення s, використовуйте t з n − 1 ступенями вільності: t·s/√n. Критичні значення: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Щоб похибка оцінки не перевищувала E, потрібен обсяг вибірки n ≥ (z·σ/E)², округлений угору.

Виразіть n

n = (1,96·37/4)² = 328,7

Округліть угору

Обсяг вибірки — ціле число, а округлення вниз зробило б похибку оцінки завеликою.

n = 329

Відповідь

n = 329
11.Перевірка гіпотез і довірчі інтервали

Відповідь: t = 1,984

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.

Об’єднана дисперсія

sp² = (15·4² + 5·4²)/20 = 16
sp = 4

Стандартна похибка

SE = 4·√(1/16 + 1/6) = 1,915

Статистика критерію

t = (93,5 − 89,7)/1,915 = 1,984

Відповідь

t = 1,984

При df = 20 двостороннє критичне значення на рівні 5 % дорівнює 2,086; |t| менше, тож H₀ не відхиляється.

12.Перевірка гіпотез і довірчі інтервали

Відповідь: β = 7,81 %

Потужність критерію: потужність = 1 − β — імовірність відхилити H₀, коли вона хибна. Знайдіть межу x̄c з μ₀ і z_α, потім обчисліть імовірність опинитися за x̄c при справжньому середньому: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Критичне вибіркове середнє

SE = 2,5/√25 = 0,5
x̄c = 80 − 1,282·0,5 = 79,36

z при справжньому середньому

z = (79,36 − 78,65)/0,5 = 1,418

Помилка другого роду

потужність = P(Z < 1.418) = 92.19%
β = 100% − 92,19% = 7,81%

Відповідь

β = 7,81%
13.Лінійна регресія та кореляція

Відповідь: r = 0,9905

Регресія методом найменших квадратів: якщо x̄ і ȳ — середні, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² і Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), то пряма ŷ = a + b·x має нахил b = Sxy/Sxx і вільний член a = ȳ − b·x̄, тож вона завжди проходить через (x̄, ȳ). Коефіцієнт кореляції Пірсона r = Sxy/√(Sxx·Syy) лежить між −1 і 1; r² — частка варіації y, пояснена прямою.

Середні

x̄ = 30/5 = 6
ȳ = 126/5 = 25,2

Суми квадратів і добутків

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 162
Syy = Σ(y − ȳ)² = 668,8

Коефіцієнт кореляції

r = 162/√(40·668,8) = 0,9905

Відповідь

r = 0,9905
14.Лінійна регресія та кореляція

Відповідь: ŷ = 16,36

Регресія методом найменших квадратів: якщо x̄ і ȳ — середні, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² і Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), то пряма ŷ = a + b·x має нахил b = Sxy/Sxx і вільний член a = ȳ − b·x̄, тож вона завжди проходить через (x̄, ȳ). Коефіцієнт кореляції Пірсона r = Sxy/√(Sxx·Syy) лежить між −1 і 1; r² — частка варіації y, пояснена прямою.

Середні

x̄ = 42/6 = 7
ȳ = 68/6 = 11,33

Суми квадратів і добутків

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 88

Лінія регресії

b = 88/70 = 1,257
a = 11,33 − 1,257·7 = 2,533
ŷ = 2,533 + 1,257·x

Прогноз

ŷ = 2,533 + 1,257·11 = 16,36

Відповідь

ŷ = 16,36
15.Критерії хі-квадрат

Відповідь: χ² = 50,4

Критерії хі-квадрат: порівнюють спостережувані частоти O з очікуваними за H₀ частотами E за допомогою χ² = Σ(O − E)²/E. Узгодженість: E = n·p для кожної категорії, df = k − 1 (і ще мінус один за кожен параметр, оцінений з даних). Незалежність у таблиці r × c: E = сума рядка × сума стовпця / загальна сума, df = (r − 1)(c − 1). H₀ відхиляють, коли χ² перевищує критичне значення для обраного α.

Очікувані частоти

студенти: 80·70/140 = 40, 80·35/140 = 20, 80·35/140 = 20
працівники: 60·70/140 = 30, 60·35/140 = 15, 60·35/140 = 15

Статистика хі-квадрат

χ² = (52 − 40)²/40 + (26 − 20)²/20 + (2 − 20)²/20 + (18 − 30)²/30 + (9 − 15)²/15 + (33 − 15)²/15
χ² = 50,4

Відповідь

χ² = 50,4

df = 2. При α = 0,05 критичне значення 5,991, тож H₀ (незалежність) відхиляється.

16.Критерії хі-квадрат

Відповідь: df = 5

Критерії хі-квадрат: порівнюють спостережувані частоти O з очікуваними за H₀ частотами E за допомогою χ² = Σ(O − E)²/E. Узгодженість: E = n·p для кожної категорії, df = k − 1 (і ще мінус один за кожен параметр, оцінений з даних). Незалежність у таблиці r × c: E = сума рядка × сума стовпця / загальна сума, df = (r − 1)(c − 1). H₀ відхиляють, коли χ² перевищує критичне значення для обраного α.

Ступені вільності

df = (2 − 1)·(6 − 1) = 5

Відповідь

df = 5

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