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 error de tipo I ocurre cuando un investigador:

  1. ARecoge demasiados datos
  2. BNo rechaza una hipótesis nula falsa
  3. CRechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera
  4. DUsa la prueba estadística equivocada
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

En una escala de autoinforme, las personas que están de acuerdo con muchas afirmaciones puntúan alto sea cual sea el contenido. ¿Qué sesgo de respuesta es y cómo puede reducirse?

  1. ACaracterísticas de la demanda; usar un diseño de doble ciego
  2. BEfectos de orden; contrabalancear a los participantes
  3. CSesgo de aquiescencia; incluir ítems redactados en sentido inverso
  4. DSesgo de deseabilidad social; usar una muestra mayor
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 43, 11, 12, 59, 52, 51.

n = 6
s =
4.Estadística descriptivaDifícil
z −2−1012

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 100 y desviación típica 10. Calcula la puntuación z z de una nota de 90.

μ = 100σ = 10x = 90
z =
5.ProbabilidadMedia
P(al menos un seis) = ??1?2?3?4?5?6?7P(seis) = 1/6 en cada lanzamiento

Se lanza un dado equilibrado 7 veces. ¿Cuál es la probabilidad P de sacar al menos un seis?

n = 7
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 9, p = 0,5: P(X = 1) = ?k0123456789

Un examen tiene 9 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,5, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 1?

n = 9p = 0,5k = 1
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada a la derecha de z = 0,1020

Arrastra z para que el área sombreada bajo la curva normal estándar, a la derecha de z, sea 0,1020. Halla z con dos decimales.

A = 0,1020
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
x̄E₁ = 9,695%, n = 36x̄E₂ = ?99%, n = 72

Un intervalo de confianza del 95 % para una media, basado en 36 observaciones y una σ conocida, tiene un margen de error de 9,6. ¿Cuál es el margen de error E₂ de un intervalo del 99 % basado en 72 observaciones?

95%n₁ = 36E₁ = 9,699%n₂ = 72
E₂ =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 14, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,599%

La desviación típica poblacional es 14. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 99 % para la media tenga un margen de error de como máximo 0,5?

σ = 14E = 0,599%
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 76 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 12 mm. Línea 2: una muestra de 80 piezas tiene una media de 69,6 mm, con desviación típica conocida de 9 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 40x̄₁ = 76 mmσ₁ = 12 mmn₂ = 80x̄₂ = 69,6 mmσ₂ = 9 mm
z =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 15, 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 15. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 15E = 1,599%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy32653274294511541360xy5104060

La tabla da 6 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 = 6Σx = 48Σy = 259Σx² = 454Σy² = 12005Σxy = 2311
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy264126198221026xy5101020x = 7

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Predice ŷ para x = 7.

n = 5x = 7
ŷ =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día13113862turno de noche10182553Total232963115

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 noche, sin defecto».

total de fila = 53total de columna = 23N = 115
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 8 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 = 8
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · Rechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera

Por qué esta es la respuesta

Un error de tipo I afirma un efecto que no existe. Su probabilidad es igual al nivel de significación (a menudo 0,05). Un error de tipo II pasa por alto un efecto real.

Respuesta

C · Rechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · Sesgo de aquiescencia; incluir ítems redactados en sentido inverso

Por qué esta es la respuesta

La aquiescencia es la tendencia a mostrarse de acuerdo con los ítems. Mezclar ítems redactados en sentido positivo y negativo hace que estar de acuerdo con todo ya no produzca una puntuación extrema.

Respuesta

C · Sesgo de aquiescencia; incluir ítems redactados en sentido inverso
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 21,15

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 = 228/6 = 38

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 5² + (−27)² + (−26)² + 21² + 14² + 13² = 2236

Desviación típica

s = √(2236/5) = 21,15

Respuesta

s = 21,15
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = −1

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 = (90 − 100)/10 = −1

Respuesta

z = −1
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,7209

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.

Complementario

P(ningún seis) = (5/6)7 = 0,2791
P = 1 − 0,2791 = 0,7209

Respuesta

P = 0,7209
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,01758

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 = 1) = 9·0,51·0,58 = 9·0,5·0,003906 = 0,01758

Respuesta

P = 0,01758
7.Distribución normal

Respuesta: z = 1,27

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 − 0,1020 = 0,8980

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,8980 dentro de la tabla y lee z.

z = 1,27

Respuesta

z = 1,27
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: E₂ = 8,922

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 = (2,576/1,96)·√(36/72) = 0,9293

Nuevo margen

E₂ = 9,6·0,9293 = 8,922

Respuesta

E₂ = 8,922
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 5203

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 = (2,576·14/0,5)² = 5202

Redondear hacia arriba

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

n = 5203

Respuesta

n = 5203
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = 2,98

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 = √(12²/40 + 9²/80) = √4,613 = 2,148

Estadístico de contraste

z = (76 − 69,6)/2,148 = 2,98

Respuesta

z = 2,98

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

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 664

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 = (2,576·15/1,5)² = 663,6

Redondear hacia arriba

n = 664

Respuesta

n = 664
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9946

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 = 2311 − 48·259/6 = 239
Sxx = 454 − 48²/6 = 70
Syy = 12005 − 259²/6 = 824,8

Coeficiente de correlación

r = 239/√(70·824,8) = 0,9946

Respuesta

r = 0,9946
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 19,5

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 = 30/5 = 6
ȳ = 85/5 = 17

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 100

Recta de regresión

b = 100/40 = 2,5
a = 17 − 2,5·6 = 2
ŷ = 2 + 2,5·x

Predicción

ŷ = 2 + 2,5·7 = 19,5

Respuesta

ŷ = 19,5
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 10,6

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.

Frecuencia esperada

E = 53·23/115 = 10,6

Respuesta

E = 10,6
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 7

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 = 8 − 1 = 7

Respuesta

df = 7

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