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

En un experimento de campo, el investigador:

  1. AManipula la VI en un laboratorio
  2. BManipula la VI en un entorno real
  3. CSolo observa sin manipular nada
  4. DAnaliza datos recogidos por otros
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un participante toma un fármaco o una pastilla de azúcar sin saber cuál, mientras que el investigador sí lo sabe. ¿Qué diseño es y qué sesgo sigue siendo posible?

  1. ASimple ciego; las características de la demanda son imposibles
  2. BEnsayo abierto; los efectos placebo están totalmente controlados
  3. CSimple ciego; sigue siendo posible el sesgo del experimentador
  4. DDoble ciego; no es posible ningún sesgo
3.Estadística descriptivaMedia
1015202530354045

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 12, 31, 45, 10, 40, 24, 22.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 50 y desviación típica 12. ¿Qué proporción P de valores está por debajo de 38?

μ = 50σ = 12x = 38
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,0510,0520,3530,240,35μ = 2,75

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,05, 0,05, 0,35, 0,2, 0,35
σ =
6.ProbabilidadDifícil
xp(x)00,110,220,3530,0540,3μ

X tiene la distribución mostrada, y Y = 10X + 1. Halla la desviación típica σY de Y.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,1, 0,2, 0,35, 0,05, 0,3Y = 10X + 1
σY =
7.Distribución normalMedia
248,5259,25P = ?

Supón que los pesos de las bolsas siguen una distribución normal con media 250 g y desviación típica 5 g. ¿Qué fracción está entre 248,5 y 259,25 g? Da P como número decimal.

μ = 250σ = 5x1 = 248,5x2 = 259,25
P =
8.Distribución normalDifícil
μ = 178x = ?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 5 % de los datos (el percentil 5).

μ = 178σ = 7P = 5%
x = cm
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 10, s = 11L = ?Ux̄ = 96E90%

Una muestra de 10 elementos tiene media 96 y desviación típica s = 11. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite inferior del intervalo de confianza del 90 % para la media.

n = 10x̄ = 96s = 1190%t(9) = 1,833
límite inferior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 21, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 399%

La desviación típica poblacional es 21. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 99 % para la media tenga un margen de error de como máximo 3?

σ = 21E = 399%
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 30 piezas tiene una longitud media de 111 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 12 mm. Línea 2: una muestra de 80 piezas tiene una media de 118,2 mm, con desviación típica conocida de 7 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 30x̄₁ = 111 mmσ₁ = 12 mmn₂ = 80x̄₂ = 118,2 mmσ₂ = 7 mm
z =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1,599%

¿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 1,5? La desviación típica es 10. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 10E = 1,599%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy2364516528651067xy51040506070

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = gasto en publicidad en miles de € e y = ventas en miles de €. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 5Σx = 30Σy = 271Σx² = 220Σy² = 15315Σxy = 1778
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy2941862583210421250xy5102040x = 5

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Se hace una nueva observación (5, 16). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(5, 16)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
bajomedioaltoTotalurbano27213280rural5319880Total804040160

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 = 1602 × 3
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Se realiza una prueba de chi cuadrado de independencia sobre una tabla de contingencia con 3 filas y 4 columnas (sin contar los totales). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

3 × 4
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · Manipula la VI en un entorno real

Por qué esta es la respuesta

Los experimentos de campo, como las situaciones de ayuda escenificadas en la calle, aumentan la validez ecológica, pero dan menos control sobre las variables extrañas y plantean problemas de consentimiento.

Respuesta

B · Manipula la VI en un entorno real
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · Simple ciego; sigue siendo posible el sesgo del experimentador

Por qué esta es la respuesta

En un diseño de simple ciego, los participantes no conocen su condición, lo que controla las expectativas de placebo. El conocimiento del investigador aún puede influir en los resultados, por lo que se prefieren los diseños de doble ciego.

Respuesta

C · Simple ciego; sigue siendo posible el sesgo del experimentador
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 13,25

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 = (−14,29)² + 4,714² + 18,71² + (−16,29)² + 13,71² + (−2,286)² + (−4,286)² = 1053

Desviación típica

s = √(1053/6) = 13,25

Respuesta

s = 13,25
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,1587

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

Tabla de la normal estándar

Φ(−1) = 0,1587
P = 0,1587

Respuesta

P = 0,1587
5.Probabilidad

Respuesta: σ = 1,135

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 = 0·0,05 + 1·0,05 + 2·0,35 + 3·0,2 + 4·0,35 = 2,75

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,05 + 1·0,05 + 4·0,35 + 9·0,2 + 16·0,35 = 8,85

Varianza

Var(X) = 8,85 − 2,75² = 1,287
σ = √1,287 = 1,135

Respuesta

σ = 1,135
6.Probabilidad

Respuesta: σY = 13,37

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 = 2,25, Var(X) = 1,787, σX = 1,337

Cambio lineal

σY = |10|·1,337 = 13,37

Respuesta

σY = 13,37

La media sí se desplaza: E(Y) = 10·2,25 + 1 = 23,5.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,5858

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 = (248,5 − 250)/5 = −0,3
z₂ = (259,25 − 250)/5 = 1,85

Área entre ambos valores

P = Φ(1,85) − Φ(−0,3) = 0,9678 − 0,3821 = 0,5858

Respuesta

P = 0,5858
8.Distribución normal

Respuesta: x = 166,5 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) = 0,05 → z = −1,645

Vuelta a x

x = 178 + −1,645·7 = 166,49 cm

Respuesta

x = 166,49 cm
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = 89,62

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 = 9, t = 1,833

Margen de error

E = 1,833·11/√10 = 6,376

Intervalo

96 ± 6,376 → [89,62, 102,4]

Respuesta

límite inferior = 89,62
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 326

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 = (2,576·21/3)² = 325,2

Redondear hacia arriba

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

n = 326

Respuesta

n = 326
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −3,095

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 = √(12²/30 + 7²/80) = √5,413 = 2,326

Estadístico de contraste

z = (111 − 118,2)/2,326 = −3,095

Respuesta

z = −3,095

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

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 295

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 = (2,576·10/1,5)² = 294,9

Redondear hacia arriba

n = 295

Respuesta

n = 295
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,96

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 = 1778 − 30·271/5 = 152
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 15315 − 271²/5 = 626,8

Coeficiente de correlación

r = 152/√(40·626,8) = 0,96

Respuesta

r = 0,96
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = −5,219

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 = 176/6 = 29,33

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 284

Recta de regresión

b = 284/70 = 4,057
a = 29,33 − 4,057·7 = 0,9333
ŷ = 0,9333 + 4,057·x

Valor predicho

ŷ = 0,9333 + 4,057·5 = 21,22

Residuo

e = 16 − 21,22 = −5,219

Respuesta

e = −5,219

El punto está por debajo de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 22,95

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

urbano: 80·80/160 = 40, 80·40/160 = 20, 80·40/160 = 20
rural: 80·80/160 = 40, 80·40/160 = 20, 80·40/160 = 20

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (27 − 40)²/40 + (21 − 20)²/20 + (32 − 20)²/20 + (53 − 40)²/40 + (19 − 20)²/20 + (8 − 20)²/20
χ² = 22,95

Respuesta

χ² = 22,95

gl = 2. Con α = 0,05 el valor crítico es 5,991, así que H₀ (independencia) se rechaza.

16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 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.

Grados de libertad

df = (3 − 1)·(4 − 1) = 6

Respuesta

df = 6

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