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 investigador quiere comprobar si existe asociación entre el género (hombre/mujer) y el género cinematográfico preferido (cuatro categorías). ¿Qué prueba es adecuada?

  1. ALa correlación de Pearson
  2. BLa prueba chi cuadrado de independencia
  3. CLa prueba t para muestras relacionadas
  4. DEl ANOVA de un factor
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

¿Cuál es el propósito principal de la asignación aleatoria a las condiciones en un experimento?

  1. AAumentar la tasa de respuesta
  2. BAsegurar que los participantes no conozcan el objetivo
  3. CHacer la muestra representativa de la población objetivo para que los resultados se generalicen
  4. DRepartir las variables de los participantes por igual para que no confundan los resultados
3.Estadística descriptivaMedia
1520253035

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 15, 17, 21, 36, 28.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 170 y desviación típica 15. Calcula la puntuación z z de una nota de 192,5.

μ = 170σ = 15x = 192,5
z =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 8azules: 5

Una bolsa tiene 8 bolas rojas y 5 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

8 / 5
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 12, p = 0,3: P(X = 4) = ?k0123456789101112

Un examen tiene 12 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,3, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 4?

n = 12p = 0,3k = 4
P =
7.Distribución normalMedia
171181,5P = ?

Supón que las estaturas de los hombres adultos siguen una distribución normal con media 178 cm y desviación típica 7 cm. ¿Qué fracción está entre 171 y 181,5 cm? Da P como número decimal.

μ = 178σ = 7x1 = 171x2 = 181,5
P =
8.Distribución normalDifícil
10 cm0X − Y?

Las alturas X de los hombres e Y de las mujeres de un grupo son independientes y normales: X tiene media 180 cm y desviación típica 10 cm, Y tiene media 170 cm y desviación típica 12 cm. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 6, s = 7,5LU = ?x̄ = 42E95%

Una muestra de 6 elementos tiene media 42 y desviación típica s = 7,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 95 % para la media.

n = 6x̄ = 42s = 7,595%t(5) = 2,571
límite superior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 39, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 595%

La desviación típica poblacional es 39. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 5?

σ = 39E = 595%
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 128,5 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 15 mm. Línea 2: una muestra de 80 piezas tiene una media de 134,8 mm, con desviación típica conocida de 8 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 40x̄₁ = 128,5 mmσ₁ = 15 mmn₂ = 80x̄₂ = 134,8 mmσ₂ = 8 mm
z =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −1,64501,645

Una muestra de 49 medidas tiene media 201,5. La desviación típica poblacional es 5. Calcula el límite superior U del intervalo de confianza del 90 % para la media.

x̄ = 201,5σ = 5n = 4990%
U =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy353458559666767xy46556065

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 5
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy1454166918812087229024106xy1520256080100ŷ = 100

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 = 100?

n = 6ŷ = 100
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
autobúsbicicletacocheTotalestudiantes8272560personal12181040Total204535100

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 = 1002 × 3
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste comprueba si las frecuencias en 4 categorías siguen una distribución de Poisson cuya media se estima a partir de los mismos datos. Con la tabla, halla el valor crítico χ²crit para el nivel de significación α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · La prueba chi cuadrado de independencia

Por qué esta es la respuesta

La prueba chi cuadrado compara las frecuencias observadas con las esperadas en una tabla de contingencia para comprobar si dos variables categóricas están asociadas.

Respuesta

B · La prueba chi cuadrado de independencia
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · Repartir las variables de los participantes por igual para que no confundan los resultados

Por qué esta es la respuesta

La asignación aleatoria equilibra las diferencias individuales entre condiciones y apoya conclusiones causales. El muestreo aleatorio tiene que ver con la generalización a una población.

Respuesta

D · Repartir las variables de los participantes por igual para que no confundan los resultados
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 8,62

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 = 117/5 = 23,4

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−8,4)² + (−6,4)² + (−2,4)² + 12,6² + 4,6² = 297,2

Desviación típica

s = √(297,2/4) = 8,62

Respuesta

s = 8,62
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 = (192,5 − 170)/15 = 1,5

Respuesta

z = 1,5
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,359

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 = 8/13 · 7/12 = 56/156 = 0,359

Respuesta

P = 0,359
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,2311

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) = 495·0,34·0,78 = 495·0,0081·0,05765 = 0,2311

Respuesta

P = 0,2311
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,5328

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 = (171 − 178)/7 = −1
z₂ = (181,5 − 178)/7 = 0,5

Área entre ambos valores

P = Φ(0,5) − Φ(−1) = 0,6915 − 0,1587 = 0,5328

Respuesta

P = 0,5328
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Tipificar

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilidad

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Respuesta

P = 0,7389
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 49,87

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 = 5, t = 2,571

Margen de error

E = 2,571·7,5/√6 = 7,872

Intervalo

42 ± 7,872 → [34,13, 49,87]

Respuesta

límite superior = 49,87
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 234

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 = (1,96·39/5)² = 233,7

Redondear hacia arriba

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

n = 234

Respuesta

n = 234
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −2,485

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 = √(15²/40 + 8²/80) = √6,425 = 2,535

Estadístico de contraste

z = (128,5 − 134,8)/2,535 = −2,485

Respuesta

z = −2,485

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

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: U = 202,7

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 = 1,645·5/√49 = 1,175

Límite del intervalo

U = 201,5 + 1,175 = 202,7

Respuesta

U = 202,7
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9446

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 = 25/5 = 5
ȳ = 303/5 = 60,6

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 36
Syy = Σ(y − ȳ)² = 137,2

Coeficiente de determinación

r² = 36²/(10·137,2) = 0,9446

Respuesta

r² = 0,9446

Aproximadamente el 94,46 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 23,01

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 = 114/6 = 19
ȳ = 487/6 = 81,17

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 329

Recta de regresión

b = 329/70 = 4,7
a = 81,17 − 4,7·19 = −8,133
ŷ = −8,133 + 4,7·x

Despeja x

x = (100 − (−8,133))/4,7 = 23,01

Respuesta

x = 23,01
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 5,238

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

estudiantes: 60·20/100 = 12, 60·45/100 = 27, 60·35/100 = 21
personal: 40·20/100 = 8, 40·45/100 = 18, 40·35/100 = 14

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (8 − 12)²/12 + (27 − 27)²/27 + (25 − 21)²/21 + (12 − 8)²/8 + (18 − 18)²/18 + (10 − 14)²/14
χ² = 5,238

Respuesta

χ² = 5,238

gl = 2. Con α = 0,05 el valor crítico es 5,991, así que H₀ (independencia) no se rechaza.

16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ²crit = 9,21

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.

Grados de libertad

df = 4 − 1 − 1 = 2

Tabla

χ²crit(df = 2, α = 0,01) = 9,210

Respuesta

χ²crit = 9,210

Rechaza H₀ si el χ² calculado es mayor que este valor.

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