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

Los mismos 25 participantes hacen una prueba de memoria antes y después de tomar cafeína. Las puntuaciones son de intervalo y aproximadamente normales. ¿Qué prueba es adecuada?

  1. ALa prueba U de Mann-Whitney
  2. BLa prueba t para muestras independientes
  3. CLa prueba t para muestras relacionadas (emparejadas)
  4. DLa prueba chi cuadrado
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un estudio informa de t(28) = 2,50, p = .018 para dos grupos independientes del mismo tamaño. ¿Cuántos participantes hubo?

  1. A28
  2. B30
  3. C56
  4. D29
3.Estadística descriptivaMedia
1820222426283032

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 27, 17, 29, 31, 32.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 50 y desviación típica 10. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 54?

μ = 50σ = 10x = 54
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)10,220,330,2540,25μ = 2,55

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

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,2, 0,3, 0,25, 0,25
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
€p(x)−20,7480,25380,01

Jugar una partida cuesta 2 €. Ganas 10 € con probabilidad 0,25 y 40 € con probabilidad 0,01; en otro caso no ganas nada. La apuesta no se devuelve. Halla la ganancia neta esperada E(G) por partida.

apuesta = €2€10: p = 0,25€40: p = 0,01
E(G) = €
7.Distribución normalMedia
250256,25P = ?

Supón que los pesos de las bolsas siguen una distribución normal con media 250 g y desviación típica 5 g. ¿Qué fracción está entre 250 y 256,25 g? Da P como número decimal.

μ = 250σ = 5x1 = 250x2 = 256,25
P =
8.Distribución normalDifícil
μ = 250x = ?10%

Supón que los pesos de las bolsas siguen una distribución normal con media 250 g y desviación típica 5 g. Halla el valor x por debajo del cual queda el 10 % de los datos (el percentil 10).

μ = 250σ = 5P = 10%
x = g
9.Intervalos de confianzaMedia
x̄E₁ = 3,190%, n = 25x̄E₂ = ?95%, n = 225

Un intervalo de confianza del 90 % para una media, basado en 25 observaciones y una σ conocida, tiene un margen de error de 3,1. ¿Cuál es el margen de error E₂ de un intervalo del 95 % basado en 225 observaciones?

90%n₁ = 25E₁ = 3,195%n₂ = 225
E₂ =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 26, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 395%

La desviación típica poblacional es 26. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 3?

σ = 26E = 395%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,98401,984

Una muestra de 100 estudiantes tiene una nota media de 47,2 y una desviación típica muestral de 20. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 47,2s = 20n = 100
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 1,5α = 0,05βσ = 12, potencia 90%, n = ?

Un contraste z unilateral con α = 0,05 debe detectar un desplazamiento de la media de 1,5 unidades con una potencia del 90 %. La desviación típica es 12. Halla el tamaño muestral mínimo n.

α = 0,05potencia = 90%δ = 1,5σ = 12zα = 1,645zβ = 1,282
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy128226324418518xy242025

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 5Σx = 15Σy = 114Σx² = 55Σy² = 2684Σxy = 314
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy1761196721762380258527100xy20256080100ŷ = 93

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 = 93?

n = 6ŷ = 93
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día45341796turno de noche17313078Total626547174

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, sin defecto».

total de fila = 96total de columna = 62N = 174
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
aptono aptoTotaledad 18–302872100edad 31–50273360edad 51+332760Total88132220dfα = 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 = 0,05 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 = 2203 × 2α = 0,05
χ² =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · La prueba t para muestras relacionadas (emparejadas)

Por qué esta es la respuesta

Una prueba t para muestras relacionadas compara las medias de los mismos participantes en dos condiciones, usando las diferencias dentro de cada persona.

Respuesta

C · La prueba t para muestras relacionadas (emparejadas)
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · 30

Por qué esta es la respuesta

Unos grados de libertad de 28 significan 28 + 2 = 30 participantes, 15 en cada grupo.

Respuesta

B · 30
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 6,017

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 = 136/5 = 27,2

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−0,2)² + (−10,2)² + 1,8² + 3,8² + 4,8² = 144,8

Desviación típica

s = √(144,8/4) = 6,017

Respuesta

s = 6,017
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,3446

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 = 0,4

Tabla de la normal estándar

Φ(0,4) = 0,6554
P = 1 − 0,6554 = 0,3446

Respuesta

P = 0,3446
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 1,148

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 = 1·0,2 + 2·0,3 + 3·0,25 + 4·0,25 = 2,55

Media de los cuadrados

E(X²) = 1·0,2 + 4·0,3 + 9·0,25 + 16·0,25 = 7,65

Varianza

Var(X) = 7,65 − 2,55² = 1,148

Respuesta

Var(X) = 1,148
6.Probabilidad

Respuesta: E(G) = 0,9 €

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.

Resultados netos

G: 8 (p = 0,25), 38 (p = 0,01), −2 (p = 0,74)

Valor esperado

E(G) = 8·0,25 + 38·0,01 − 2·0,74 = 0,9 €

Respuesta

E(G) = 0,9 €

Un valor positivo significa que ganas dinero de media.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,3944

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 = (250 − 250)/5 = 0
z₂ = (256,25 − 250)/5 = 1,25

Área entre ambos valores

P = Φ(1,25) − Φ(0) = 0,8944 − 0,5 = 0,3944

Respuesta

P = 0,3944
8.Distribución normal

Respuesta: x = 243,6 g

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 = 250 + −1,282·5 = 243,59 g

Respuesta

x = 243,59 g
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E₂ = 1,231

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 = (1,96/1,645)·√(25/225) = 0,3972

Nuevo margen

E₂ = 3,1·0,3972 = 1,231

Respuesta

E₂ = 1,231
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 289

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 = (1,96·26/3)² = 288,5

Redondear hacia arriba

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

n = 289

Respuesta

n = 289
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −1,4

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).

Error típico

SE = 20/√100 = 20/10 = 2

Estadístico de contraste

t = (47,2 − 50)/2 = −1,4

Respuesta

t = −1,4
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| < 1.984, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 549

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)·12/1,5)² = 548,3

Redondear hacia arriba

n = 549

Respuesta

n = 549
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = −0,9615

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 = 314 − 15·114/5 = −28
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 2684 − 114²/5 = 84,8

Coeficiente de correlación

r = −28/√(10·84,8) = −0,9615

Respuesta

r = −0,9615
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 26,1

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 = 132/6 = 22
ȳ = 469/6 = 78,17

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 253

Recta de regresión

b = 253/70 = 3,614
a = 78,17 − 3,614·22 = −1,348
ŷ = −1,348 + 3,614·x

Despeja x

x = (93 − (−1,348))/3,614 = 26,1

Respuesta

x = 26,1
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 34,21

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 = 96·62/174 = 34,21

Respuesta

E = 34,21
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 12,25

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

edad 18–30: 40, 60
edad 31–50: 24, 36
edad 51+: 24, 36

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (28 − 40)²/40 + (72 − 60)²/60 + (27 − 24)²/24 + (33 − 36)²/36 + (33 − 24)²/24 + (27 − 36)²/36
χ² = 12,25

Decisión

df = 2, χ²crit = 5,991
12,25 > 5,991

Respuesta

χ² = 12,25

χ² está por encima del valor crítico, así que se rechaza H₀: las variables parecen estar relacionadas.

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