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

En los estudios de obediencia de Milgram, los participantes creían que daban descargas eléctricas reales. ¿Qué problema ético se plantea de forma más directa y cómo se abordó en parte?

  1. ALa falta de confidencialidad, abordada publicando los nombres
  2. BEl engaño y el posible malestar, abordados con un debriefing exhaustivo
  3. CLa falta de un grupo de control, abordada asignando aleatoriamente a los participantes a las condiciones
  4. DEl uso de niños, abordado con el consentimiento de los padres
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 39, 34, 15, 36, 17, 13, 59.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 70 y desviación típica 20. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 100?

μ = 70σ = 20x = 100
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,3510,3520,3μ = 0,95

Para la distribución mostrada, halla la desviación típica σ de X.

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3
σ =
6.ProbabilidadDifícil
n = 9, p = 0,6: P(X ≤ 1) = ?k0123456789

Se prueban 9 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,6, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 9p = 0,6
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,9615

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,9615. Halla z con dos decimales.

A = 0,9615
z =
8.Distribución normalDifícil
4 s0X − Y?

El tiempo por vuelta X del corredor A y el tiempo por vuelta Y del corredor B son independientes y normales: X tiene media 52 s y desviación típica 4 s, Y tiene media 48 s y desviación típica 3 s. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.

μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Se compara la duración de la batería de dos modelos de móvil. Modelo 1: 40 móviles, media 146 h, desviación típica conocida 10 h. Modelo 2: 30 móviles, media 148,5 h, desviación típica conocida 13 h. Halla el límite inferior del intervalo de confianza del 99 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 40x̄₁ = 146 hσ₁ = 10 hn₂ = 30x̄₂ = 148,5 hσ₂ = 13 h99%
límite inferior = h
10.Intervalos de confianzaDifícil
μ₁ − μ₂, t(12) = 2,1790L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

Se prueban dos fertilizantes. Grupo de parcelas 1: 5 parcelas, rendimiento medio 90,5 kg, desviación típica 1,5 kg. Grupo de parcelas 2: 9 parcelas, media 101 kg, desviación típica 9 kg. Supón varianzas iguales (t con varianza combinada, gl = n₁ + n₂ − 2). Halla el límite inferior del intervalo de confianza del 95 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 5x̄₁ = 90,5s₁ = 1,5n₂ = 9x̄₂ = 101s₂ = 995%t(12) = 2,179
límite inferior = kg
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
1,42p = ?

Se afirma que la media de una población es 100; se sabe que la desviación típica poblacional es 9. Una muestra aleatoria de 36 observaciones tiene una media de 102,13. Contrasta H₀: μ = 100 frente a H₁: μ > 100. Halla el p-valor p.

μ₀ = 100σ = 9n = 36x̄ = 102,13H₁: μ > μ₀
p =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −2,57602,576

Una muestra de 100 medidas tiene media 74,2. La desviación típica poblacional es 4. Calcula el límite inferior L del intervalo de confianza del 99 % para la media.

x̄ = 74,2σ = 4n = 10099%
L =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy21141862883610441249xy5102040

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 6
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy37058179891061112313137xy510100ŷ = 116

La tabla da 6 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 = 116?

n = 6ŷ = 116
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
autobúsbicicletacocheTotalestudiantes383932109personal31102566Total694957175

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

total de fila = 66total de columna = 57N = 175
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
sínoTotallínea 16040100línea 2285280línea 3221840Total110110220dfα = 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: A · 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

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

Respuesta: B · El engaño y el posible malestar, abordados con un debriefing exhaustivo

Por qué esta es la respuesta

Se engañó a los participantes sobre las descargas y muchos mostraron un gran estrés. Milgram informó a los participantes y les presentó al «aprendiz»; un seguimiento encontró que la mayoría se alegraba de haber participado, pero la ética del estudio sigue debatiéndose.

Respuesta

B · El engaño y el posible malestar, abordados con un debriefing exhaustivo
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 16,61

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 = 8,571² + 3,571² + (−15,43)² + 5,571² + (−13,43)² + (−17,43)² + 28,57² = 1656

Desviación típica

s = √(1656/6) = 16,61

Respuesta

s = 16,61
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: σ = 0,8047

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 = 0·0,35 + 1·0,35 + 2·0,3 = 0,95

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,35 + 4·0,3 = 1,55

Varianza

Var(X) = 1,55 − 0,95² = 0,6475
σ = √0,6475 = 0,8047

Respuesta

σ = 0,8047
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,003801

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.

Cero y un fallo

P(X = 0) = 0,49 = 0,0002621
P(X = 1) = 9·0,6·0,48 = 0,003539

Súmalas

P = 0,0002621 + 0,003539 = 0,003801

Respuesta

P = 0,003801
7.Distribución normal

Respuesta: z = 2,07

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 + 0,9615)/2 = 0,9808

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,9808 dentro de la tabla y lee z.

z = 2,07

Respuesta

z = 2,07
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,7881

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 = 52 − 48 = 4 s, σ = 5 s

Tipificar

z = (0 − 4)/5 = −0,8

Probabilidad

P = 1 − Φ(−0,8) = 0,7881

Respuesta

P = 0,7881
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = −9,846 h

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.

Estimación puntual

x̄₁ − x̄₂ = 146 − 148,5 = −2,5

Error típico

SE = √(10²/40 + 13²/30) = 2,852

Margen de error

E = 2,576·2,852 = 7,346

Intervalo

−2,5 ± 7,346 → [−9,846, 4,846]

Respuesta

límite inferior = −9,846 h

El intervalo contiene el 0, así que los datos no muestran una diferencia significativa.

10.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = −19,49 kg

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.

Desviación típica combinada

sp² = (4·1,5² + 8·9²)/12 = 54,75
sp = 7,399

Margen de error

E = 2,179·7,399·√(1/5 + 1/9) = 8,993

Intervalo

−10,5 ± 8,993 → [−19,49, −1,507]

Respuesta

límite inferior = −19,49 kg
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: p = 0,0778

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.

Estadístico de contraste

SE = σ/√n = 9/√36 = 1,5
z = (102,13 − 100)/1,5 = 1,42

Área de la cola

Φ(1,42) = 0,9222
1 − Φ(1,42) = 0,0778

p-valor

p = 0,0778

Respuesta

p = 0,0778

p > 0,05, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 %.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: L = 73,17

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 = 2,576·4/√100 = 1,03

Límite del intervalo

L = 74,2 − 1,03 = 73,17

Respuesta

L = 73,17
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9964

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 = 186/6 = 31

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 276
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1096

Coeficiente de correlación

r = 276/√(70·1096) = 0,9964

Respuesta

r = 0,9964
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 10,01

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 = 48/6 = 8
ȳ = 615/6 = 102,5

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 469

Recta de regresión

b = 469/70 = 6,7
a = 102,5 − 6,7·8 = 48,9
ŷ = 48,9 + 6,7·x

Despeja x

x = (116 − 48,9)/6,7 = 10,01

Respuesta

x = 10,01
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 21,5

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 = 66·57/175 = 21,5

Respuesta

E = 21,5
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 11,6

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: 50, 50
línea 2: 40, 40
línea 3: 20, 20

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (60 − 50)²/50 + (40 − 50)²/50 + (28 − 40)²/40 + (52 − 40)²/40 + (22 − 20)²/20 + (18 − 20)²/20
χ² = 11,6

Decisión

df = 2, χ²crit = 5,991
11,6 > 5,991

Respuesta

χ² = 11,6

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

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