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

¿Por qué se operacionalizan las categorías de conducta de una observación antes de recoger los datos?

  1. APara que los observadores registren las mismas conductas de forma consistente, lo que mejora la fiabilidad
  2. BPara poder cambiar la hipótesis después de ver los datos
  3. CPara que los participantes sepan exactamente qué se registra
  4. DPara que la observación se convierta en un experimento
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

¿Qué prueba no paramétrica compara dos muestras relacionadas, como puntuaciones antes y después en una escala ordinal?

  1. APrueba U de Mann-Whitney
  2. BPrueba de rangos con signo de Wilcoxon
  3. CPrueba de independencia de chi cuadrado
  4. DPrueba t para muestras independientes
3.Estadística descriptivaMedia
1520253035404550

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 13, 45, 13, 52, 25, 12.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 50 y desviación típica 12. Calcula la puntuación z z de una nota de 65.

μ = 50σ = 12x = 65
z =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)100,2200,2300,25400,35μ = 27,5

Para la distribución mostrada, halla la varianza Var(X) de X.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,2, 0,2, 0,25, 0,35
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
n = 10, p = 0,7: P(X = 1) = ?k012345678910

Un examen tiene 10 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,7, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 1?

n = 10p = 0,7k = 1
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada a la derecha de z = 0,9803

Arrastra z para que el área sombreada bajo la curva normal estándar, a la derecha de z, sea 0,9803. Halla z con dos decimales.

A = 0,9803
z =
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
x̄E₁ = 9,790%, n = 36x̄E₂ = ?99%, n = 72

Un intervalo de confianza del 90 % para una media, basado en 36 observaciones y una σ conocida, tiene un margen de error de 9,7. ¿Cuál es el margen de error E₂ de un intervalo del 99 % basado en 72 observaciones?

90%n₁ = 36E₁ = 9,799%n₂ = 72
E₂ =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

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 4?

σ = 20E = 499%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,0932,093t = ?df = 19

Se comparan dos métodos de enseñanza. Grupo 1: 12 estudiantes, nota media 48,5, desviación típica 11. Grupo 2: 9 estudiantes, nota media 40,1, desviación típica 3,5. Supón varianzas poblacionales iguales y usa el contraste t de dos muestras con varianza combinada. Halla el estadístico de contraste t para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (grupo 1 menos grupo 2).

n₁ = 12x̄₁ = 48,5s₁ = 11n₂ = 9x̄₂ = 40,1s₂ = 3,5
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 15, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1,590%

¿Qué tamaño debe tener una muestra para que el intervalo de confianza del 90 % 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 = 1,590%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy124223320416513xy24152025

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 5Σx = 15Σy = 96Σx² = 55Σy² = 1930Σxy = 259
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy23486118121016xy51051015x = 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
bajomedioaltoTotalurbano242749100rural8213160Total324880160

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
aptono aptoTotalplanta A322860planta B4555100planta C55560Total13288220dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

La tabla muestra las frecuencias observadas. Contrasta con α = 0,05 si las dos variables son independientes (sin corrección por continuidad). Calcula el estadístico de contraste χ² y compáralo después con el valor crítico de la tabla.

N = 2203 × 2α = 0,05
χ² =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · Para que los observadores registren las mismas conductas de forma consistente, lo que mejora la fiabilidad

Por qué esta es la respuesta

Unas categorías claras y observables (por ejemplo, «golpea con la mano abierta») reducen el juicio subjetivo y aumentan la fiabilidad entre observadores.

Respuesta

A · Para que los observadores registren las mismas conductas de forma consistente, lo que mejora la fiabilidad
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · Prueba de rangos con signo de Wilcoxon

Por qué esta es la respuesta

La prueba de Wilcoxon es para datos ordinales emparejados; la U de Mann-Whitney es su equivalente para grupos independientes.

Respuesta

B · Prueba de rangos con signo de Wilcoxon
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 17,72

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 = 160/6 = 26,67

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−13,67)² + 18,33² + (−13,67)² + 25,33² + (−1,667)² + (−14,67)² = 1569

Desviación típica

s = √(1569/5) = 17,72

Respuesta

s = 17,72
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = 1,25

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.

Tipificar

z = (65 − 50)/12 = 1,25

Respuesta

z = 1,25
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 128,8

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 = 10·0,2 + 20·0,2 + 30·0,25 + 40·0,35 = 27,5

Media de los cuadrados

E(X²) = 100·0,2 + 400·0,2 + 900·0,25 + 1600·0,35 = 885

Varianza

Var(X) = 885 − 27,5² = 128,8

Respuesta

Var(X) = 128,8
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,0001378

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) = 10·0,71·0,39 = 10·0,7·1,968 × 10⁻⁵ = 0,0001378

Respuesta

P = 0,0001378
7.Distribución normal

Respuesta: z = −2,06

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 − 0,9803 = 0,0197

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,0197 dentro de la tabla y lee z.

z = −2,06

Respuesta

z = −2,06
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: E₂ = 10,74

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 = (2,576/1,645)·√(36/72) = 1,107

Nuevo margen

E₂ = 9,7·1,107 = 10,74

Respuesta

E₂ = 10,74
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 166

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 = (2,576·20/4)² = 165,9

Redondear hacia arriba

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

n = 166

Respuesta

n = 166
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 2,197

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.

Varianza combinada

sp² = (11·11² + 8·3,5²)/19 = 75,21
sp = 8,672

Error típico

SE = 8,672·√(1/12 + 1/9) = 3,824

Estadístico de contraste

t = (48,5 − 40,1)/3,824 = 2,197

Respuesta

t = 2,197

Con gl = 19, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,093; |t| es mayor, así que se rechaza H₀.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 271

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 = (1,645·15/1,5)² = 270,6

Redondear hacia arriba

n = 271

Respuesta

n = 271
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = −0,9843

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 = 259 − 15·96/5 = −29
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 1930 − 96²/5 = 86,8

Coeficiente de correlación

r = −29/√(10·86,8) = −0,9843

Respuesta

r = −0,9843
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 11,5

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 = 50/5 = 10

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 60

Recta de regresión

b = 60/40 = 1,5
a = 10 − 1,5·6 = 1
ŷ = 1 + 1,5·x

Predicción

ŷ = 1 + 1,5·7 = 11,5

Respuesta

ŷ = 11,5
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 2,987

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: 100·32/160 = 20, 100·48/160 = 30, 100·80/160 = 50
rural: 60·32/160 = 12, 60·48/160 = 18, 60·80/160 = 30

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (24 − 20)²/20 + (27 − 30)²/30 + (49 − 50)²/50 + (8 − 12)²/12 + (21 − 18)²/18 + (31 − 30)²/30
χ² = 2,987

Respuesta

χ² = 2,987

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: χ² = 35,56

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

planta A: 36, 24
planta B: 60, 40
planta C: 36, 24

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (32 − 36)²/36 + (28 − 24)²/24 + (45 − 60)²/60 + (55 − 40)²/40 + (55 − 36)²/36 + (5 − 24)²/24
χ² = 35,56

Decisión

df = 2, χ²crit = 5,991
35,56 > 5,991

Respuesta

χ² = 35,56

χ² está por encima del valor crítico, así que se rechaza H₀: las variables parecen estar relacionadas.

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