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 estudio transversal compara a personas de 20, 40 y 60 años en su uso de la tecnología en un mismo momento. ¿Qué problema puede confundir la comparación por edad?

  1. ALos efectos suelo
  2. BLos efectos de orden
  3. CLos efectos de cohorte
  4. DLos efectos de práctica
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un estudio halla que los estudiantes que duermen más tienen mejores notas. ¿Qué cambio de diseño permitiría mejor una conclusión causal?

  1. APedir a los estudiantes que informen de su sueño dos veces y promediar ambos informes
  2. BAsignar aleatoriamente a los estudiantes a distintos horarios de sueño
  3. CEncuestar a más estudiantes
  4. DMedir las notas con más precisión
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 11, 26, 43, 37, 29, 21, 17.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 100 y desviación típica 20. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 130?

μ = 100σ = 20x = 130
P =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 4azules: 9

Una bolsa tiene 4 bolas rojas y 9 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

4 / 9
P =
6.ProbabilidadDifícil
xp(x)00,3520,2540,2560,15μ

X tiene la distribución mostrada, y Y = 5X + 20. Halla la desviación típica σY de Y.

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,35, 0,25, 0,25, 0,15Y = 5X + 20
σY =
7.Distribución normalMedia
1360 kg1408 kgT = X₁ + … + X₁₆?

Las masas de pasajeros con equipaje son independientes y normales con media 85 kg y desviación típica 12 kg. Halla la probabilidad P de que la masa total de 16 de ellos sea inferior a 1408 kg. Redondea z a dos decimales.

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 16< 1408 kg
P =
8.Distribución normalDifícil
0,03 mm0D − d?

Los diámetros D de los agujeros son normales con media 25,03 mm y desviación típica 0,015 mm. Los diámetros d de los ejes son independientes y normales con media 25 mm y desviación típica 0,02 mm. Un eje elegido al azar encaja cuando D − d > 0. Halla la probabilidad P de que encaje. Redondea z a dos decimales.

agujero: μ = 25,03 mm, σ = 0,015 mmeje: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 7, sd​ = 1,60LU = ?d̄ = −7,2E99%

Se mide la tensión arterial de 7 pacientes antes y después de un tratamiento. Las diferencias d = antes − después (mmHg) tienen media −7,2 y desviación típica 1,6. Halla el límite superior del intervalo de confianza del 99 % para la diferencia media.

n = 7d̄ = −7,2sd = 1,699%t(6) = 3,707
límite superior = mmHg
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 17, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 290%

La desviación típica poblacional es 17. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 90 % para la media tenga un margen de error de como máximo 2?

σ = 17E = 290%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−1,961,96z = ?

Dos líneas de producción fabrican la misma pieza. Línea 1: una muestra de 40 piezas tiene una longitud media de 48,5 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 13 mm. Línea 2: una muestra de 80 piezas tiene una media de 54,9 mm, con desviación típica conocida de 5 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 40x̄₁ = 48,5 mmσ₁ = 13 mmn₂ = 80x̄₂ = 54,9 mmσ₂ = 5 mm
z =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −2,57602,576

Una muestra de 49 medidas tiene media 498,1. La desviación típica poblacional es 10. Calcula el límite inferior L del intervalo de confianza del 99 % para la media.

x̄ = 498,1σ = 10n = 4999%
L =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy127228326421524622xy24625

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 6
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy12221631341451066xy2465101520x = 2,5

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Predice ŷ para x = 2,5.

n = 6x = 2,5
ŷ =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
bajomedioaltoTotalurbano9214070rural24141048Total333550118

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

total de fila = 70total de columna = 50N = 118
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 10 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 = 10
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · Los efectos de cohorte

Por qué esta es la respuesta

Los distintos grupos de edad se criaron en condiciones históricas diferentes, por lo que las diferencias pueden reflejar la generación (cohorte) y no el envejecimiento en sí.

Respuesta

C · Los efectos de cohorte
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · Asignar aleatoriamente a los estudiantes a distintos horarios de sueño

Por qué esta es la respuesta

Solo manipular el sueño con asignación aleatoria controla terceras variables y permite una inferencia causal, dentro de los límites éticos.

Respuesta

B · Asignar aleatoriamente a los estudiantes a distintos horarios de sueño
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 11,18

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 = 184/7 = 26,29

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−15,29)² + (−0,2857)² + 16,71² + 10,71² + 2,714² + (−5,286)² + (−9,286)² = 749,4

Desviación típica

s = √(749,4/6) = 11,18

Respuesta

s = 11,18
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) = 0,9332
P = 1 − 0,9332 = 0,06681

Respuesta

P = 0,06681
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,07692

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 = 4/13 · 3/12 = 12/156 = 0,07692

Respuesta

P = 0,07692
6.Probabilidad

Respuesta: σY = 10,77

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.

Dispersión de X

μ = 2,4, Var(X) = 4,64, σX = 2,154

Cambio lineal

σY = |5|·2,154 = 10,77

Respuesta

σY = 10,77

La media sí se desplaza: E(Y) = 5·2,4 + 20 = 32.

7.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 del total

μT = 1360 kg, σT = 12·√16 = 48 kg

Tipificar

z = (1408 − 1360)/48 = 1

Probabilidad

P = Φ(1) = 0,8413

Respuesta

P = 0,8413
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,8849

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 = 25,03 − 25 = 0,03 mm, σ = 0,025 mm

Tipificar

z = (0 − 0,03)/0,025 = −1,2

Probabilidad

P = 1 − Φ(−1,2) = 0,8849

Respuesta

P = 0,8849
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = −4,958 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.

Valor crítico

df = 6, t = 3,707

Margen de error

E = 3,707·1,6/√7 = 2,242

Intervalo

−7,2 ± 2,242 → [−9,442, −4,958]

Respuesta

límite superior = −4,958 mmHg
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 196

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 = (1,645·17/2)² = 195,5

Redondear hacia arriba

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

n = 196

Respuesta

n = 196
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −3,004

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 = √(13²/40 + 5²/80) = √4,537 = 2,13

Estadístico de contraste

z = (48,5 − 54,9)/2,13 = −3,004

Respuesta

z = −3,004

|z| > 1,96, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: L = 494,4

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).

Margen de error

E = 2,576·10/√49 = 3,68

Límite del intervalo

L = 498,1 − 3,68 = 494,4

Respuesta

L = 494,4
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,6407

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 148/6 = 24,67

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −21
Syy = Σ(y − ȳ)² = 39,33

Coeficiente de determinación

r² = −21²/(17,5·39,33) = 0,6407

Respuesta

r² = 0,6407

Aproximadamente el 64,07 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 16,27

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 81/6 = 13,5

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −48,5

Recta de regresión

b = −48,5/17,5 = −2,771
a = 13,5 − (−2,771)·3,5 = 23,2
ŷ = 23,2 − 2,771·x

Predicción

ŷ = 23,2 + (−2,771)·2,5 = 16,27

Respuesta

ŷ = 16,27
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 29,66

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 = 70·50/118 = 29,66

Respuesta

E = 29,66
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 9

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 = 10 − 1 = 9

Respuesta

df = 9

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