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

¿Qué diseño usa participantes distintos en cada condición?

  1. ADiseño de grupos independientes
  2. BDiseño intrasujetos
  3. CDiseño de pares igualados con las mismas personas
  4. DDiseño de medidas repetidas
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Aumentar el tamaño de la muestra en un estudio, de forma más directa:

  1. AAumenta la potencia estadística para detectar un efecto real
  2. BElimina todo sesgo de la muestra
  3. CGarantiza un resultado estadísticamente significativo si existe algún efecto
  4. DAumenta el tamaño del efecto
3.Estadística descriptivaMedia
25303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 44, 29, 49, 50, 21, 57, 51.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 100 y desviación típica 12. Calcula la puntuación z z de una nota de 107,2.

μ = 100σ = 12x = 107,2
z =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 4azules: 9

Una bolsa tiene 4 bolas rojas y 9 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

4 / 9
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 8, p = 0,7: P(X ≤ 1) = ?k012345678

Se prueban 8 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,7, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 8p = 0,7
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,6102

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,6102. Halla z con dos decimales.

A = 0,6102
z =
8.Distribución normalDifícil
μ = 178x = ?97,5%

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 97,5 % de los datos (el percentil 97,5).

μ = 178σ = 7P = 97,5%
x = cm
9.Intervalos de confianzaMedia
x̄E₁ = 1,495%, n = 64x̄E₂ = ?95%, n = 576

Un intervalo de confianza del 95 % para una media, basado en 64 observaciones y una σ conocida, tiene un margen de error de 1,4. ¿Cuál es el margen de error E₂ si el mismo estudio usa 576 observaciones?

95%n₁ = 64E₁ = 1,4n₂ = 576
E₂ =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

La desviación típica poblacional es 20. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 99 % para la media tenga un margen de error de como máximo 2?

σ = 20E = 299%
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 136 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 11 mm. Línea 2: una muestra de 60 piezas tiene una media de 142,1 mm, con desviación típica conocida de 18 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 30x̄₁ = 136 mmσ₁ = 11 mmn₂ = 60x̄₂ = 142,1 mmσ₂ = 18 mm
z =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 5α = 0,01βσ = 10, potencia 90%, n = ?

Un contraste z unilateral con α = 0,01 debe detectar un desplazamiento de la media de 5 unidades con una potencia del 90 %. La desviación típica es 10. Halla el tamaño muestral mínimo n.

α = 0,01potencia = 90%δ = 5σ = 10zα = 2,326zβ = 1,282
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy2741161382010271228xy510102030

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
xy21141562282510311239xy51010203040x = 9

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 (9, 24). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(9, 24)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día273935101turno de noche37183994Total645774195

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, leve».

total de fila = 101total de columna = 57N = 195
E =
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

Se realiza una prueba de chi cuadrado de independencia sobre una tabla de contingencia con 4 filas y 4 columnas (sin contar los totales). 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: A · Diseño de grupos independientes

Por qué esta es la respuesta

En un diseño de grupos independientes cada condición tiene participantes distintos, lo que evita efectos de orden pero introduce el riesgo de variables de los participantes.

Respuesta

A · Diseño de grupos independientes
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · Aumenta la potencia estadística para detectar un efecto real

Por qué esta es la respuesta

Las muestras más grandes reducen el error típico y aumentan la potencia. No cambian el tamaño real del efecto ni eliminan el sesgo sistemático.

Respuesta

A · Aumenta la potencia estadística para detectar un efecto real
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 13,08

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 = 301/7 = 43

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 1² + (−14)² + 6² + 7² + (−22)² + 14² + 8² = 1026

Desviación típica

s = √(1026/6) = 13,08

Respuesta

s = 13,08
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = 0,6

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 = (107,2 − 100)/12 = 0,6

Respuesta

z = 0,6
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,07692

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 = 4/13 · 3/12 = 12/156 = 0,07692

Respuesta

P = 0,07692
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,00129

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) = 0,38 = 6,561 × 10⁻⁵
P(X = 1) = 8·0,7·0,37 = 0,001225

Súmalas

P = 6,561 × 10⁻⁵ + 0,001225 = 0,00129

Respuesta

P = 0,00129
7.Distribución normal

Respuesta: z = 0,86

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 + 0,6102)/2 = 0,8051

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,8051 dentro de la tabla y lee z.

z = 0,86

Respuesta

z = 0,86
8.Distribución normal

Respuesta: x = 191,7 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) = 0,975 → z = 1,96

Vuelta a x

x = 178 + 1,96·7 = 191,72 cm

Respuesta

x = 191,72 cm
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E₂ = 0,4667

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 = (1,96/1,96)·√(64/576) = 0,3333

Nuevo margen

E₂ = 1,4·0,3333 = 0,4667

Respuesta

E₂ = 0,4667
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 664

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 = (2,576·20/2)² = 663,6

Redondear hacia arriba

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

n = 664

Respuesta

n = 664
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −1,986

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 = √(11²/30 + 18²/60) = √9,433 = 3,071

Estadístico de contraste

z = (136 − 142,1)/3,071 = −1,986

Respuesta

z = −1,986

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

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 53

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 = ((2,326 + 1,282)·10/5)² = 52,07

Redondear hacia arriba

n = 53

Respuesta

n = 53
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9819

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 = 106/6 = 17,67

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 160
Syy = Σ(y − ȳ)² = 379,3

Coeficiente de correlación

r = 160/√(70·379,3) = 0,9819

Respuesta

r = 0,9819
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = −5,29

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 = 143/6 = 23,83

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 191

Recta de regresión

b = 191/70 = 2,729
a = 23,83 − 2,729·7 = 4,733
ŷ = 4,733 + 2,729·x

Valor predicho

ŷ = 4,733 + 2,729·9 = 29,29

Residuo

e = 24 − 29,29 = −5,29

Respuesta

e = −5,29

El punto está por debajo de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 29,52

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 = 101·57/195 = 29,52

Respuesta

E = 29,52
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ²crit = 21,67

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)·(4 − 1) = 9

Tabla

χ²crit(df = 9, α = 0,01) = 21,666

Respuesta

χ²crit = 21,666

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

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