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

¿Qué estadístico es adecuado para la relación entre dos conjuntos de rangos, como las clasificaciones de cuadros hechas por unos jueces?

  1. ALa prueba t para muestras independientes
  2. BEl chi cuadrado
  3. CLa rho de Spearman
  4. DLa r de Pearson
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Las medidas del tamaño del efecto, como la d de Cohen, se informan porque:

  1. AMuestran cuán grande es un efecto, independientemente del tamaño de la muestra
  2. BIndican cuántos participantes abandonaron
  3. CMuestran si el resultado es estadísticamente significativo al nivel alfa elegido
  4. DEliminan la necesidad de cualquier hipótesis
3.Estadística descriptivaMedia
1520253035404550

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 53, 12, 48, 36, 40.

n = 5
s =
4.Estadística descriptivaDifícil
z −2−1012

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 50 y desviación típica 10. Calcula la puntuación z z de una nota de 65.

μ = 50σ = 10x = 65
z =
5.ProbabilidadMedia
P(al menos un seis) = ??1?2?3?4?5?6?7P(seis) = 1/6 en cada lanzamiento

Se lanza un dado equilibrado 7 veces. ¿Cuál es la probabilidad P de sacar al menos un seis?

n = 7
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 6, p = 0,1: P(X = 4) = ?k0123456

Un examen tiene 6 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,1, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 4?

n = 6p = 0,1k = 4
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,2661

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,2661. Halla z con dos decimales.

A = 0,2661
z =
8.Distribución normalDifícil
10 g0X − Y?

La masa X de un producto de la línea 1 e Y de la línea 2 son independientes y normales: X tiene media 500 g y desviación típica 8 g, Y tiene media 490 g y desviación típica 6 g. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 7, s = 8,5LU = ?x̄ = 54,5E99%

Una muestra de 7 elementos tiene media 54,5 y desviación típica s = 8,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 7x̄ = 54,5s = 8,599%t(6) = 3,707
límite superior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 37, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 295%

La desviación típica poblacional es 37. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 2?

σ = 37E = 295%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −2,01102,011

Una muestra de 49 estudiantes tiene una nota media de 54,14 y una desviación típica muestral de 10. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 54,14s = 10n = 49
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 4α = 0,05βσ = 22, potencia 95%, n = ?

Un contraste z unilateral con α = 0,05 debe detectar un desplazamiento de la media de 4 unidades con una potencia del 95 %. La desviación típica es 22. Halla el tamaño muestral mínimo n.

α = 0,05potencia = 95%δ = 4σ = 22zα = 1,645zβ = 1,645
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy224861281410181219xy5101020

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 6
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy2504606728831089xy5106080ŷ = 76

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. ¿Para qué valor x predice la recta ŷ = 76?

n = 5ŷ = 76
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día45111874turno de noche3481557Total791933131

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 noche, sin defecto».

total de fila = 57total de columna = 79N = 131
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 9 categorías con proporciones esperadas totalmente especificadas (no se estima ningún parámetro a partir de los datos). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

k = 9
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · La rho de Spearman

Por qué esta es la respuesta

La correlación por rangos de Spearman mide la fuerza de una relación monótona entre dos variables ordenadas u ordinales.

Respuesta

C · La rho de Spearman
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · Muestran cuán grande es un efecto, independientemente del tamaño de la muestra

Por qué esta es la respuesta

Con muestras grandes, efectos diminutos pueden ser significativos. Los tamaños del efecto expresan la magnitud de una diferencia, p. ej. d = 0,2 pequeño, 0,5 mediano, 0,8 grande.

Respuesta

A · Muestran cuán grande es un efecto, independientemente del tamaño de la muestra
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 15,88

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 = 189/5 = 37,8

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 15,2² + (−25,8)² + 10,2² + (−1,8)² + 2,2² = 1009

Desviación típica

s = √(1009/4) = 15,88

Respuesta

s = 15,88
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = 1,5

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 = (65 − 50)/10 = 1,5

Respuesta

z = 1,5
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,7209

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.

Complementario

P(ningún seis) = (5/6)7 = 0,2791
P = 1 − 0,2791 = 0,7209

Respuesta

P = 0,7209
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,001215

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 = 4) = 15·0,14·0,92 = 15·0,0001·0,81 = 0,001215

Respuesta

P = 0,001215
7.Distribución normal

Respuesta: z = 0,34

De un área de vuelta a z: Φ(z) es el área a la izquierda de z. Para un área A en la cola izquierda, busca en la tabla la z con Φ(z) = A. Un área A en la cola derecha significa Φ(z) = 1 − A. Un área central A entre −z y z deja (1 − A)/2 en cada cola, así que Φ(z) = (1 + A)/2. Para un valor x, usa x = μ + zσ.

Área a la izquierda de z

Φ(z) = (1 + 0,2661)/2 = 0,6331

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,6331 dentro de la tabla y lee z.

z = 0,34

Respuesta

z = 0,34
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,8413

Sumas y diferencias de variables normales: si X e Y son independientes y normales, X + Y y X − Y también son normales. Las medias se suman o se restan: E(X ± Y) = μX ± μY. Las varianzas siempre se suman, también en una diferencia: Var(X ± Y) = σX² + σY², así que σ = √(σX² + σY²). Las desviaciones típicas nunca se suman directamente. El total de n elementos independientes con la misma distribución tiene media n·μ y desviación típica σ·√n. Después estandariza como de costumbre: z = (x − media)/σ y lee Φ(z).

Distribución de la diferencia

μ = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

Tipificar

z = (0 − 10)/10 = −1

Probabilidad

P = 1 − Φ(−1) = 0,8413

Respuesta

P = 0,8413
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 66,41

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 = 6, t = 3,707

Margen de error

E = 3,707·8,5/√7 = 11,91

Intervalo

54,5 ± 11,91 → [42,59, 66,41]

Respuesta

límite superior = 66,41
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 1315

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 = (1,96·37/2)² = 1315

Redondear hacia arriba

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

n = 1315

Respuesta

n = 1315
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 2,898

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 = 10/√49 = 10/7 = 1,429

Estadístico de contraste

t = (54,14 − 50)/1,429 = 2,898

Respuesta

t = 2,898
t0,025; df = 48 = 2,011

|t| > 2,011, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 328

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 + 1,645)·22/4)² = 327,4

Redondear hacia arriba

n = 328

Respuesta

n = 328
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9547

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 = 42/6 = 7
ȳ = 73/6 = 12,17

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 117
Syy = Σ(y − ȳ)² = 204,8

Coeficiente de determinación

r² = 117²/(70·204,8) = 0,9547

Respuesta

r² = 0,9547

Aproximadamente el 95,47 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 7,03

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 = 30/5 = 6
ȳ = 354/5 = 70,8

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 202

Recta de regresión

b = 202/40 = 5,05
a = 70,8 − 5,05·6 = 40,5
ŷ = 40,5 + 5,05·x

Despeja x

x = (76 − 40,5)/5,05 = 7,03

Respuesta

x = 7,03
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 34,37

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 = 57·79/131 = 34,37

Respuesta

E = 34,37
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 8

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 = 9 − 1 = 8

Respuesta

df = 8

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