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 estudiante obtiene 130 en una prueba con media 100 y desviación típica 15. ¿Cuál es su puntuación z?

  1. A2,0
  2. B0,5
  3. C3,0
  4. D1,5
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un metaanálisis combina 40 estudios de una terapia. ¿Por qué su tamaño del efecto global podría seguir siendo demasiado grande?

  1. ALos metaanálisis no pueden incluir ensayos aleatorizados
  2. BLos metaanálisis siempre dan efectos menores que los estudios individuales que incluyen
  3. CCombinar estudios siempre elimina todo sesgo
  4. DPor el sesgo de publicación, pueden faltar estudios nulos no publicados
3.Estadística descriptivaMedia
15202530354045

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 30, 46, 20, 33, 11, 33, 40.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 170 y desviación típica 15. ¿Qué proporción P de valores está por debajo de 147,5?

μ = 170σ = 15x = 147,5
P =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 5azules: 5

Una bolsa tiene 5 bolas rojas y 5 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

5 / 5
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 8, p = 0,4: P(X = 3) = ?k012345678

Un examen tiene 8 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,4, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 3?

n = 8p = 0,4k = 3
P =
7.Distribución normalMedia
2041P = ?

Supón que los tiempos de entrega siguen una distribución normal con media 32 min y desviación típica 6 min. ¿Qué fracción está entre 20 y 41 min? Da P como número decimal.

μ = 32σ = 6x1 = 20x2 = 41
P =
8.Distribución normalDifícil
μ = 178x = ?97,5%

Supón que las estaturas de los hombres adultos siguen una distribución normal con media 178 cm y desviación típica 7 cm. Halla el valor x por debajo del cual queda el 97,5 % de los datos (el percentil 97,5).

μ = 178σ = 7P = 97,5%
x = cm
9.Intervalos de confianzaMedia
x̄E₁ = 695%, n = 50x̄E₂ = ?90%, n = 50

Un intervalo de confianza del 95 % para una media, basado en 50 observaciones y una σ conocida, tiene un margen de error de 6. ¿Cuál es el margen de error E₂ de un intervalo del 90 % con los mismos datos?

95%n₁ = 50E₁ = 690%
E₂ =
10.Intervalos de confianzaDifícil
n = 21Lσ = ?s = 5,195%

Los diámetros de 21 ejes mecanizados tienen una desviación típica muestral de 5,1 µm. Suponiendo que los diámetros siguen una distribución normal, halla el límite superior σ del intervalo de confianza del 95 % para la desviación típica poblacional. Con gl = 20, el 2,5 % de la distribución χ² queda por debajo de 9,591 y el 2,5 % queda por encima de 34,17.

n = 21s = 5,1 µmχ² = 9,591, 34,17
σ = µm
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−1,961,96z = ?

Dos líneas de producción fabrican la misma pieza. Línea 1: una muestra de 30 piezas tiene una longitud media de 71 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 13 mm. Línea 2: una muestra de 100 piezas tiene una media de 68,7 mm, con desviación típica conocida de 16 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 30x̄₁ = 71 mmσ₁ = 13 mmn₂ = 100x̄₂ = 68,7 mmσ₂ = 16 mm
z =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 199%

¿Qué tamaño debe tener una muestra para que el intervalo de confianza del 99 % para una media tenga un margen de error de como mucho 1? La desviación típica es 20. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 20E = 199%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy143016351845205222572464xy1520254060

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 6
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy147116781888201132212424130xy15202580100120ŷ = 127

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. ¿Para qué valor x predice la recta ŷ = 127?

n = 6ŷ = 127
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
mejoróno mejoróTotalfármaco nuevo4555100placebo275380Total72108180

La tabla de contingencia muestra las frecuencias observadas. Calcula el estadístico de chi cuadrado χ² para la prueba de independencia entre las variables de filas y columnas. No uses corrección por continuidad.

N = 1802 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
sínoTotallínea 1103040línea 2384280línea 3324880Total80120200dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

La tabla muestra las frecuencias observadas. Contrasta con α = 0,01 si las dos variables son independientes (sin corrección por continuidad). Calcula el estadístico de contraste χ² y compáralo después con el valor crítico de la tabla.

N = 2003 × 2α = 0,01
χ² =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · 2,0

Por qué esta es la respuesta

(130 − 100) / 15 = 2. La puntuación está dos desviaciones típicas por encima de la media, por encima de aproximadamente el 97–98% de las personas.

Respuesta

A · 2,0
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · Por el sesgo de publicación, pueden faltar estudios nulos no publicados

Por qué esta es la respuesta

Si los resultados nulos se publican menos, el efecto combinado está inflado. Los gráficos de embudo y la búsqueda de datos no publicados ayudan a detectarlo y reducirlo.

Respuesta

D · Por el sesgo de publicación, pueden faltar estudios nulos no publicados
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 11,79

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 = 213/7 = 30,43

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−0,4286)² + 15,57² + (−10,43)² + 2,571² + (−19,43)² + 2,571² + 9,571² = 833,7

Desviación típica

s = √(833,7/6) = 11,79

Respuesta

s = 11,79
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: P = 0,2222

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.

Primera y segunda extracción

P = 5/10 · 4/9 = 20/90 = 0,2222

Respuesta

P = 0,2222
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,2787

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 = 3) = 56·0,43·0,65 = 56·0,064·0,07776 = 0,2787

Respuesta

P = 0,2787
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9104

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 = (20 − 32)/6 = −2
z₂ = (41 − 32)/6 = 1,5

Área entre ambos valores

P = Φ(1,5) − Φ(−2) = 0,9332 − 0,02275 = 0,9104

Respuesta

P = 0,9104
8.Distribución normal

Respuesta: x = 191,7 cm

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) = 0,975 → z = 1,96

Vuelta a x

x = 178 + 1,96·7 = 191,72 cm

Respuesta

x = 191,72 cm
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E₂ = 5,036

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.

Relación de márgenes

E₂/E₁ = (1,645/1,96)·√(50/50) = 0,8393

Nuevo margen

E₂ = 6·0,8393 = 5,036

Respuesta

E₂ = 5,036
10.Intervalos de confianza

Respuesta: σ = 7,365 µm

Intervalo para una varianza: (n − 1)s²/σ² sigue una distribución χ² con n − 1 grados de libertad. El intervalo del 95 % para σ² va desde (n − 1)s² dividido entre el valor χ² superior (con el 2,5 % por encima) hasta (n − 1)s² dividido entre el valor χ² inferior (con el 2,5 % por debajo); el intervalo para σ es la raíz cuadrada de ambos límites. No es simétrico respecto a s.

Suma de cuadrados

(n − 1)s² = 20·5,1² = 520,2

Límites para σ²

520,2/34,17 = 15,22
520,2/9,591 = 54,24

Límite para σ

σ = √54,24 = 7,365 µm

Respuesta

σ = 7,365 µm

Intervalo del 95 % para σ: [3,902, 7,365] µm.

11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = 0,8035

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.

Error típico de la diferencia

SE = √(13²/30 + 16²/100) = √8,193 = 2,862

Estadístico de contraste

z = (71 − 68,7)/2,862 = 0,8035

Respuesta

z = 0,8035

|z| < 1.96, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 2655

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).

Despejar n

n = (2,576·20/1)² = 2654

Redondear hacia arriba

n = 2655

Respuesta

n = 2655
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9914

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 = 114/6 = 19
ȳ = 283/6 = 47,17

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 243
Syy = Σ(y − ȳ)² = 850,8

Coeficiente de determinación

r² = 243²/(70·850,8) = 0,9914

Respuesta

r² = 0,9914

Aproximadamente el 99,14 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 23,02

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 = 114/6 = 19
ȳ = 604/6 = 100,7

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 458

Recta de regresión

b = 458/70 = 6,543
a = 100,7 − 6,543·19 = −23,65
ŷ = −23,65 + 6,543·x

Despeja x

x = (127 − (−23,65))/6,543 = 23,02

Respuesta

x = 23,02
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 2,344

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.

Frecuencias esperadas

fármaco nuevo: 100·72/180 = 40, 100·108/180 = 60
placebo: 80·72/180 = 32, 80·108/180 = 48

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (45 − 40)²/40 + (55 − 60)²/60 + (27 − 32)²/32 + (53 − 48)²/48
χ² = 2,344

Respuesta

χ² = 2,344

gl = 1. Con α = 0,05 el valor crítico es 3,841, así que H₀ (independencia) no se rechaza.

16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 5,625

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.

Frecuencias esperadas

línea 1: 16, 24
línea 2: 32, 48
línea 3: 32, 48

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (10 − 16)²/16 + (30 − 24)²/24 + (38 − 32)²/32 + (42 − 48)²/48 + (32 − 32)²/32 + (48 − 48)²/48
χ² = 5,625

Decisión

df = 2, χ²crit = 9,210
5,625 < 9,210

Respuesta

χ² = 5,625

χ² está por debajo del valor crítico, así que no se rechaza H₀: no hay evidencia significativa de relación.

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