Métodos de investigación y estadística en psicología: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 16 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

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1Fórmulas y métodos

Estadística descriptiva

Media
x̄ = Σx/n
Desviación típica muestral
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valor central de los datos ordenados
Puntuación z
z = (x − μ)/σ
Distribución normal
68% dentro de ±1σ, 95% dentro de ±2σ

Probabilidad

Complementario
P(not A) = 1 − P(A)
Regla de la suma
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Sucesos independientes
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilidad condicionada
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomial
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Distribución normal

Puntuación z
z = (x − μ)/σ
Por debajo de x
P(X < x) = Φ(z)
Por encima de x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Entre dos valores
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentil
x = μ + z·σ

Método

  1. Convierte el valor en una puntuación z: z = (x − μ)/σ.
  2. Busca Φ(z), el área a la izquierda de z.
  3. Para el área a la derecha usa 1 − Φ(z); para un intervalo resta las dos áreas a la izquierda.
  4. Para un percentil, trabaja al revés: halla z para el área y luego x = μ + z·σ.

Intervalos de confianza

σ conocida
x̄ ± z·σ/√n
σ desconocida
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z crítico
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Tamaño muestral
n = (z·σ/E)², rounded up

Método

  1. Decide entre z (σ poblacional conocida) y t (solo la s muestral, con n − 1 grados de libertad).
  2. Halla el valor crítico para el nivel de confianza.
  3. Margen de error: E = valor crítico × desviación típica/√n.
  4. Intervalo: x̄ ± E.

Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Contraste z para una media
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Contraste t para una media
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Bilateral al 5%
rechaza H0 si |z| > 1,96
Intervalo de confianza
x̄ ± z·σ/√n

Método

  1. Enuncia H₀ y H₁ y decide si el contraste es unilateral o bilateral.
  2. Calcula el estadístico de contraste: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), o con s y t.
  3. Compáralo con el valor crítico o halla el p-valor.
  4. Rechaza H₀ si el estadístico supera el valor crítico (p menor que α) y expresa la conclusión con palabras.

Regresión lineal y correlación

Sumas de cuadrados
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Pendiente
b = Sxy/Sxx
Ordenada en el origen
a = ȳ − b·x̄
Correlación
r = Sxy/√(SxxSyy)
Residuo
e = y − ŷ

Pruebas de chi cuadrado

Estadístico de contraste
χ² = Σ(O − E)²/E
Bondad de ajuste
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
Independencia
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
Decisión
rechaza H0 si χ² > χ²crit

2Problemas de práctica

1.Métodos de investigación en psicologíaMedia

Un error de tipo I ocurre cuando un investigador:

  1. ANo rechaza una hipótesis nula falsa
  2. BUsa la prueba estadística equivocada
  3. CRecoge demasiados datos
  4. DRechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Dos observadores registran actos agresivos en un patio de recreo y sus recuentos correlacionan con r = 0,45. ¿Qué debe hacer el investigador?

  1. AAceptar los datos porque basta con cualquier correlación positiva
  2. BPasar a una hipótesis unilateral
  3. CAfinar las categorías de conducta y entrenar a los observadores, y volver a comprobar el acuerdo
  4. DUsar solo el mayor de los dos recuentos
3.Estadística descriptivaMedia
25303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 22, 45, 59, 34, 24, 25, 57.

n = 7
s =
4.Estadística descriptivaDifícil
z −2−1012

Una magnitud sigue una distribución normal con media 50 y desviación típica 20. ¿Qué proporción P de valores está por debajo de 20?

μ = 50σ = 20x = 20
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,210,3520,0530,240,2μ = 1,85

Para la distribución mostrada, halla la varianza Var(X) de X.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,2, 0,35, 0,05, 0,2, 0,2
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
n = 7, p = 0,3: P(X = 2) = ?k01234567

Un examen tiene 7 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,3, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 2?

n = 7p = 0,3k = 2
P =
7.Distribución normalMedia
4983P = ?

Supón que las notas de un examen siguen una distribución normal con media 65 puntos y desviación típica 10 puntos. ¿Qué fracción está entre 49 y 83 puntos? Da P como número decimal.

μ = 65σ = 10x1 = 49x2 = 83
P =
8.Distribución normalDifícil
μ = 65x = ?10%

Supón que las notas de un examen siguen una distribución normal con media 65 puntos y desviación típica 10 puntos. Halla el valor x por debajo del cual queda el 10 % de los datos (el percentil 10).

μ = 65σ = 10P = 10%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 15, s = 6,5L = ?Ux̄ = 36E99%

Una muestra de 15 elementos tiene media 36 y desviación típica s = 6,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite inferior del intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 15x̄ = 36s = 6,599%t(14) = 2,977
límite inferior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 13, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

La desviación típica poblacional es 13. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 99 % para la media tenga un margen de error de como máximo 4?

σ = 13E = 499%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,99801,998

Una muestra de 64 estudiantes tiene una nota media de 118,5 y una desviación típica muestral de 4. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 118,5s = 4n = 64
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 4α = 0,05βσ = 17, potencia 90%, n = ?

Un contraste z unilateral con α = 0,05 debe detectar un desplazamiento de la media de 4 unidades con una potencia del 90 %. La desviación típica es 17. Halla el tamaño muestral mínimo n.

α = 0,05potencia = 90%δ = 4σ = 17zα = 1,645zβ = 1,282
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy187420832285249926111xy202580100

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 5Σx = 110Σy = 452Σx² = 2460Σy² = 41712Σxy = 10124
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy17522057237126842985xy2025306080x = 27,5

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Predice ŷ para x = 27,5.

n = 5x = 27,5
ŷ =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día12231045turno de noche21162865Total333938110

La tabla de contingencia muestra las frecuencias observadas. Para una prueba de chi cuadrado de independencia, halla la frecuencia esperada E de la casilla «turno de día, grave».

total de fila = 45total de columna = 38N = 110
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Se realiza una prueba de chi cuadrado de independencia sobre una tabla de contingencia con 3 filas y 3 columnas (sin contar los totales). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

3 × 3
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · Rechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera

Por qué esta es la respuesta

Un error de tipo I afirma un efecto que no existe. Su probabilidad es igual al nivel de significación (a menudo 0,05). Un error de tipo II pasa por alto un efecto real.

Respuesta

D · Rechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · Afinar las categorías de conducta y entrenar a los observadores, y volver a comprobar el acuerdo

Por qué esta es la respuesta

Una baja fiabilidad entre observadores significa que las categorías se aplican de forma inconsistente. Unas definiciones operacionales más claras y sesiones de práctica deberían aumentar el acuerdo antes de la recogida de datos principal.

Respuesta

C · Afinar las categorías de conducta y entrenar a los observadores, y volver a comprobar el acuerdo
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 15,75

Estadística descriptiva: la media es la suma dividida entre n; la mediana es el valor central de los datos ordenados (la media de los dos centrales si n es par). La desviación típica muestral es s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Una puntuación z = (x − μ)/σ indica a cuántas desviaciones típicas está un valor de la media.

Media

x̄ = 266/7 = 38

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−16)² + 7² + 21² + (−4)² + (−14)² + (−13)² + 19² = 1488

Desviación típica

s = √(1488/6) = 15,75

Respuesta

s = 15,75
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,06681

Estadística descriptiva: la media es la suma dividida entre n; la mediana es el valor central de los datos ordenados (la media de los dos centrales si n es par). La desviación típica muestral es s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Una puntuación z = (x − μ)/σ indica a cuántas desviaciones típicas está un valor de la media.

Tipificar

z = −1,5

Tabla de la normal estándar

Φ(−1,5) = 0,06681
P = 0,06681

Respuesta

P = 0,06681
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 2,128

Variables aleatorias discretas: una distribución de probabilidad enumera cada valor x que puede tomar una variable con su probabilidad p(x); las probabilidades están entre 0 y 1 y suman 1. El valor esperado (media) es E(X) = Σx·p(x), el promedio a largo plazo. La varianza es Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², y la desviación típica es σ = √Var(X). Para un cambio lineal Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) y σY = |a|·σX; sumar una constante no cambia la dispersión.

Media

μ = 0·0,2 + 1·0,35 + 2·0,05 + 3·0,2 + 4·0,2 = 1,85

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,2 + 1·0,35 + 4·0,05 + 9·0,2 + 16·0,2 = 5,55

Varianza

Var(X) = 5,55 − 1,85² = 2,128

Respuesta

Var(X) = 2,128
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,3177

Probabilidad: con resultados equiprobables, P(A) = favorables/totales. Para sucesos independientes se multiplica: P(A y B) = P(A)·P(B). El complementario suele ayudar: P(al menos uno) = 1 − P(ninguno). Binomial: en n ensayos independientes con probabilidad de éxito p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Fórmula binomial

P(X = 2) = 21·0,32·0,75 = 21·0,09·0,1681 = 0,3177

Respuesta

P = 0,3177
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9093

Distribución normal: convierte un valor x en una puntuación z, z = (x − μ)/σ, que indica a cuántas desviaciones típicas está de la media. Una tabla z (o Φ(z)) da el área a la izquierda de z, que es P(X < x). El área a la derecha es 1 − Φ(z), y el área entre dos valores es la diferencia de sus dos áreas.

Puntuaciones z

z₁ = (49 − 65)/10 = −1,6
z₂ = (83 − 65)/10 = 1,8

Área entre ambos valores

P = Φ(1,8) − Φ(−1,6) = 0,9641 − 0,0548 = 0,9093

Respuesta

P = 0,9093
8.Distribución normal

Respuesta: x = 52,18 puntos

Distribución normal: convierte un valor x en una puntuación z, z = (x − μ)/σ, que indica a cuántas desviaciones típicas está de la media. Una tabla z (o Φ(z)) da el área a la izquierda de z, que es P(X < x). El área a la derecha es 1 − Φ(z), y el área entre dos valores es la diferencia de sus dos áreas.

z del percentil

Φ(z) = 0,1 → z = −1,282

Vuelta a x

x = 65 + −1,282·10 = 52,18 puntos

Respuesta

x = 52,18 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = 31

Intervalo de confianza para la media: x̄ ± margen de error. Con σ poblacional conocida, el margen es z·σ/√n; si solo se tiene la desviación típica muestral s, usa t con n − 1 grados de libertad: t·s/√n. Valores críticos: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Para conseguir un margen E o menor, necesitas n ≥ (z·σ/E)², redondeado hacia arriba.

Valor crítico

df = n − 1 = 14, t = 2,977

Margen de error

E = 2,977·6,5/√15 = 4,996

Intervalo

36 ± 4,996 → [31, 41]

Respuesta

límite inferior = 31
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 71

Intervalo de confianza para la media: x̄ ± margen de error. Con σ poblacional conocida, el margen es z·σ/√n; si solo se tiene la desviación típica muestral s, usa t con n − 1 grados de libertad: t·s/√n. Valores críticos: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Para conseguir un margen E o menor, necesitas n ≥ (z·σ/E)², redondeado hacia arriba.

Despejar n

n = (2,576·13/4)² = 70,09

Redondear hacia arriba

El tamaño muestral es un número entero, y redondear hacia abajo haría el margen demasiado grande.

n = 71

Respuesta

n = 71
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −3

Contraste de una media: el estadístico de contraste mide a cuántos errores típicos está la media muestral del valor afirmado en H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) si σ es conocida, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) si se estima con la muestra. Un intervalo de confianza es x̄ ± (valor crítico)·(error típico).

Error típico

SE = 4/√64 = 4/8 = 0,5

Estadístico de contraste

t = (118,5 − 120)/0,5 = −3

Respuesta

t = −3
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| > 1,998, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 155

Tamaño muestral para un contraste: para detectar un desplazamiento real δ con potencia 1 − β en un contraste z unilateral de nivel α, el error típico debe cumplir δ = (z_α + z_β)·σ/√n, así que n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², redondeado hacia arriba.

Despejar n

n = ((1,645 + 1,282)·17/4)² = 154,7

Redondear hacia arriba

n = 155

Respuesta

n = 155
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9755

Regresión por mínimos cuadrados: con x̄ e ȳ las medias, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² y Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la recta ŷ = a + b·x tiene pendiente b = Sxy/Sxx y ordenada en el origen a = ȳ − b·x̄, así que siempre pasa por (x̄, ȳ). El coeficiente de correlación de Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) está entre −1 y 1; r² es la fracción de la variación de y explicada por la recta.

Sumas centradas

Sxy = 10124 − 110·452/5 = 180
Sxx = 2460 − 110²/5 = 40
Syy = 41712 − 452²/5 = 851,2

Coeficiente de correlación

r = 180/√(40·851,2) = 0,9755

Respuesta

r = 0,9755
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 83,75

Regresión por mínimos cuadrados: con x̄ e ȳ las medias, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² y Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la recta ŷ = a + b·x tiene pendiente b = Sxy/Sxx y ordenada en el origen a = ȳ − b·x̄, así que siempre pasa por (x̄, ȳ). El coeficiente de correlación de Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) está entre −1 y 1; r² es la fracción de la variación de y explicada por la recta.

Medias

x̄ = 115/5 = 23
ȳ = 349/5 = 69,8

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 279

Recta de regresión

b = 279/90 = 3,1
a = 69,8 − 3,1·23 = −1,5
ŷ = −1,5 + 3,1·x

Predicción

ŷ = −1,5 + 3,1·27,5 = 83,75

Respuesta

ŷ = 83,75
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 15,55

Pruebas de chi cuadrado: compara las frecuencias observadas O con las frecuencias E esperadas bajo H₀ mediante χ² = Σ(O − E)²/E. Bondad de ajuste: E = n·p para cada categoría, gl = k − 1 (menos uno más por cada parámetro estimado a partir de los datos). Independencia en una tabla r × c: E = total de fila × total de columna / total general, gl = (r − 1)(c − 1). Rechaza H₀ cuando χ² supera el valor crítico para el α elegido.

Frecuencia esperada

E = 45·38/110 = 15,55

Respuesta

E = 15,55
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 4

Pruebas de chi cuadrado: compara las frecuencias observadas O con las frecuencias E esperadas bajo H₀ mediante χ² = Σ(O − E)²/E. Bondad de ajuste: E = n·p para cada categoría, gl = k − 1 (menos uno más por cada parámetro estimado a partir de los datos). Independencia en una tabla r × c: E = total de fila × total de columna / total general, gl = (r − 1)(c − 1). Rechaza H₀ cuando χ² supera el valor crítico para el α elegido.

Grados de libertad

df = (3 − 1)·(3 − 1) = 4

Respuesta

df = 4

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