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

El error típico de la media disminuye cuando:

  1. ALa variable se mide a nivel ordinal
  2. BAumenta el tamaño de la muestra
  3. CAumenta la media
  4. DDisminuye el tamaño de la muestra
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
15202530354045

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 11, 47, 19, 33, 16.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 170 y desviación típica 15. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 158?

μ = 170σ = 15x = 158
P =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 8azules: 9

Una bolsa tiene 8 bolas rojas y 9 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

8 / 9
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 11, p = 0,4: P(X ≤ 1) = ?k01234567891011

Se prueban 11 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,4, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 11p = 0,4
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,8812

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,8812. Halla z con dos decimales.

A = 0,8812
z =
8.Distribución normalDifícil
0,03 mm0D − d?

Los diámetros D de los agujeros son normales con media 25,03 mm y desviación típica 0,015 mm. Los diámetros d de los ejes son independientes y normales con media 25 mm y desviación típica 0,01 mm. Un eje elegido al azar encaja cuando D − d > 0. Halla la probabilidad P de que encaje. Redondea z a dos decimales.

agujero: μ = 25,03 mm, σ = 0,015 mmeje: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 15, s = 13,5LU = ?x̄ = 114,5E90%

Una muestra de 15 elementos tiene media 114,5 y desviación típica s = 13,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 90 % para la media.

n = 15x̄ = 114,5s = 13,590%t(14) = 1,761
límite superior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
n = 16σ = ?Us = 4,395%

Los diámetros de 16 ejes mecanizados tienen una desviación típica muestral de 4,3 µm. Suponiendo que los diámetros siguen una distribución normal, halla el límite inferior σ del intervalo de confianza del 95 % para la desviación típica poblacional. Con gl = 15, el 2,5 % de la distribución χ² queda por debajo de 6,262 y el 2,5 % queda por encima de 27,488.

n = 16s = 4,3 µmχ² = 6,262, 27,488
σ = µm
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,98401,984

Una muestra de 100 estudiantes tiene una nota media de 118,3 y una desviación típica muestral de 12. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 118,3s = 12n = 100
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 4, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

¿Qué tamaño debe tener una muestra para que el intervalo de confianza del 95 % para una media tenga un margen de error de como mucho 2,5? La desviación típica es 4. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 4E = 2,595%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy3445477529601163xy5105060

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = gasto en publicidad en miles de € e y = ventas en miles de €. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 5
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy2574666838951010912120xy5106080100120x = 3

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. Se hace una nueva observación (3, 66). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(3, 66)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
bajomedioaltoTotalurbano992240rural233958120Total324880160

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 2 filas y 5 columnas (sin contar los totales). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

2 × 5
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · Aumenta el tamaño de la muestra

Por qué esta es la respuesta

El error típico estima cuánto varían las medias muestrales en torno a la media poblacional. Las muestras más grandes dan estimaciones más precisas.

Respuesta

B · Aumenta el tamaño de la muestra
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 = 14,67

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 = 126/5 = 25,2

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−14,2)² + 21,8² + (−6,2)² + 7,8² + (−9,2)² = 860,8

Desviación típica

s = √(860,8/4) = 14,67

Respuesta

s = 14,67
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,7881

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 = −0,8

Tabla de la normal estándar

Φ(−0,8) = 0,2119
P = 1 − 0,2119 = 0,7881

Respuesta

P = 0,7881
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,2059

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 = 8/17 · 7/16 = 56/272 = 0,2059

Respuesta

P = 0,2059
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,03023

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) = 0,611 = 0,003628
P(X = 1) = 11·0,4·0,610 = 0,02661

Súmalas

P = 0,003628 + 0,02661 = 0,03023

Respuesta

P = 0,03023
7.Distribución normal

Respuesta: z = 1,56

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 + 0,8812)/2 = 0,9406

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,9406 dentro de la tabla y lee z.

z = 1,56

Respuesta

z = 1,56
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9515

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 = 25,03 − 25 = 0,03 mm, σ = 0,01803 mm

Tipificar

z = (0 − 0,03)/0,01803 = −1,66

Probabilidad

P = 1 − Φ(−1,66) = 0,9515

Respuesta

P = 0,9515
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 120,6

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 = 14, t = 1,761

Margen de error

E = 1,761·13,5/√15 = 6,138

Intervalo

114,5 ± 6,138 → [108,4, 120,6]

Respuesta

límite superior = 120,6
10.Intervalos de confianza

Respuesta: σ = 3,176 µm

Intervalo para una varianza: (n − 1)s²/σ² sigue una distribución χ² con n − 1 grados de libertad. El intervalo del 95 % para σ² va desde (n − 1)s² dividido entre el valor χ² superior (con el 2,5 % por encima) hasta (n − 1)s² dividido entre el valor χ² inferior (con el 2,5 % por debajo); el intervalo para σ es la raíz cuadrada de ambos límites. No es simétrico respecto a s.

Suma de cuadrados

(n − 1)s² = 15·4,3² = 277,3

Límites para σ²

277,3/27,488 = 10,09
277,3/6,262 = 44,29

Límite para σ

σ = √10,09 = 3,176 µm

Respuesta

σ = 3,176 µm

Intervalo del 95 % para σ: [3,176, 6,655] µm.

11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −1,417

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).

Error típico

SE = 12/√100 = 12/10 = 1,2

Estadístico de contraste

t = (118,3 − 120)/1,2 = −1,417

Respuesta

t = −1,417
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| < 1.984, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 10

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 = (1,96·4/2,5)² = 9,834

Redondear hacia arriba

n = 10

Respuesta

n = 10
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9749

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 = 35/5 = 7
ȳ = 266/5 = 53,2

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 102
Syy = Σ(y − ȳ)² = 266,8

Coeficiente de determinación

r² = 102²/(40·266,8) = 0,9749

Respuesta

r² = 0,9749

Aproximadamente el 97,49 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = 3,724

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 = 530/6 = 88,33

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 456

Recta de regresión

b = 456/70 = 6,514
a = 88,33 − 6,514·7 = 42,73
ŷ = 42,73 + 6,514·x

Valor predicho

ŷ = 42,73 + 6,514·3 = 62,28

Residuo

e = 66 − 62,28 = 3,724

Respuesta

e = 3,724

El punto está por encima de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 1,433

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: 40·32/160 = 8, 40·48/160 = 12, 40·80/160 = 20
rural: 120·32/160 = 24, 120·48/160 = 36, 120·80/160 = 60

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (9 − 8)²/8 + (9 − 12)²/12 + (22 − 20)²/20 + (23 − 24)²/24 + (39 − 36)²/36 + (58 − 60)²/60
χ² = 1,433

Respuesta

χ² = 1,433

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: df = 4

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 = (2 − 1)·(5 − 1) = 4

Respuesta

df = 4

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