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 valor p de 0,03 significa:

  1. ADados los datos observados, solo hay un 3% de probabilidad de que la hipótesis nula sea cierta
  2. BEl resultado se replicará el 97% de las veces
  3. CEl efecto es grande
  4. DSi la hipótesis nula fuera cierta, datos tan extremos aparecerían alrededor del 3% de las veces
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 t para muestras independientes
  3. CPrueba de rangos con signo de Wilcoxon
  4. DPrueba de independencia de chi cuadrado
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 31, 55, 43, 54, 15, 45, 20.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 100 y desviación típica 10. ¿Qué proporción P de valores está por debajo de 115?

μ = 100σ = 10x = 115
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,210,220,230,240,2μ = 2

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,2, 0,2, 0,2, 0,2, 0,2
Var(X) =
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
30,535P = ?

Supón que los tiempos de entrega siguen una distribución normal con media 32 min y desviación típica 6 min. ¿Qué fracción está entre 30,5 y 35 min? Da P como número decimal.

μ = 32σ = 6x1 = 30,5x2 = 35
P =
8.Distribución normalDifícil
235240245250255260265ginferior 20%

Para los pesos de las bolsas, la distribución es normal, con media 250 g y desviación típica 5 g. Arrastra el punto de corte para que el 20 % inferior sombreado quede a su izquierda. Halla el punto de corte x.

μ = 250 gσ = 5 g20%
x = g
9.Intervalos de confianzaMedia
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

Se compara la duración de la batería de dos modelos de móvil. Modelo 1: 30 móviles, media 141 h, desviación típica conocida 14 h. Modelo 2: 60 móviles, media 149,5 h, desviación típica conocida 8 h. Halla el límite inferior del intervalo de confianza del 95 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 30x̄₁ = 141 hσ₁ = 14 hn₂ = 60x̄₂ = 149,5 hσ₂ = 8 h95%
límite inferior = h
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 16, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

La desviación típica poblacional es 16. ¿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 = 16E = 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 100 piezas tiene una longitud media de 88 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 3 mm. Línea 2: una muestra de 60 piezas tiene una media de 86,4 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 = 100x̄₁ = 88 mmσ₁ = 3 mmn₂ = 60x̄₂ = 86,4 mmσ₂ = 9 mm
z =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
μ₀x̄c

Se hace un contraste z unilateral de H₀: μ = 80 frente a H₁: μ > 80 con α = 0,10 y una muestra de 25; se sabe que la desviación típica es 5. En realidad la media es 82,1. Halla la potencia 1 − β del contraste en porcentaje.

μ₀ = 80μ = 82,1σ = 5n = 25α = 0,10
1 − β = %
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy16621859207022832485xy20607080

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 5
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy24476128131014xy51051015ŷ = 9

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. ¿Para qué valor x predice la recta ŷ = 9?

n = 5ŷ = 9
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
autobúsbicicletacocheTotalestudiantes423724103personal20273481Total626458184

La tabla de contingencia muestra las frecuencias observadas. Para una prueba de chi cuadrado de independencia, halla la frecuencia esperada E de la casilla «personal, autobús».

total de fila = 81total de columna = 62N = 184
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 6 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 = 6
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · Si la hipótesis nula fuera cierta, datos tan extremos aparecerían alrededor del 3% de las veces

Por qué esta es la respuesta

El valor p es la probabilidad de obtener resultados al menos tan extremos como los observados si la nula fuera cierta. No da la probabilidad de que una hipótesis sea cierta ni el tamaño del efecto.

Respuesta

D · Si la hipótesis nula fuera cierta, datos tan extremos aparecerían alrededor del 3% de las veces
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · 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

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

Respuesta: s = 15,91

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 = 263/7 = 37,57

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−6,571)² + 17,43² + 5,429² + 16,43² + (−22,57)² + 7,429² + (−17,57)² = 1520

Desviación típica

s = √(1520/6) = 15,91

Respuesta

s = 15,91
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,9332

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 = 1,5

Tabla de la normal estándar

Φ(1,5) = 0,9332
P = 0,9332

Respuesta

P = 0,9332
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 2

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 = 0·0,2 + 1·0,2 + 2·0,2 + 3·0,2 + 4·0,2 = 2

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,2 + 1·0,2 + 4·0,2 + 9·0,2 + 16·0,2 = 6

Varianza

Var(X) = 6 − 2² = 2

Respuesta

Var(X) = 2
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: P = 0,2902

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 = (30,5 − 32)/6 = −0,25
z₂ = (35 − 32)/6 = 0,5

Área entre ambos valores

P = Φ(0,5) − Φ(−0,25) = 0,6915 − 0,4013 = 0,2902

Respuesta

P = 0,2902
8.Distribución normal

Respuesta: x = 245,8 g

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

Φ(z) = 0,2

z según la tabla

z ≈ −0,84

De vuelta a las unidades originales

x = 250 − 0,84·5 = 245,8 g

Respuesta

x = 245,8 g
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = −13,9 h

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

Estimación puntual

x̄₁ − x̄₂ = 141 − 149,5 = −8,5

Error típico

SE = √(14²/30 + 8²/60) = 2,757

Margen de error

E = 1,96·2,757 = 5,403

Intervalo

−8,5 ± 5,403 → [−13,9, −3,097]

Respuesta

límite inferior = −13,9 h

El intervalo no contiene el 0, así que las medias difieren significativamente.

10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 425

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 = (2,576·16/2)² = 424,7

Redondear hacia arriba

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

n = 425

Respuesta

n = 425
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = 1,333

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 = √(3²/100 + 9²/60) = √1,44 = 1,2

Estadístico de contraste

z = (88 − 86,4)/1,2 = 1,333

Respuesta

z = 1,333

|z| < 1.96, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: 1 − β = 79,33 %

Potencia de un contraste: potencia = 1 − β es la probabilidad de rechazar H₀ cuando es falsa. Halla el valor de corte x̄c a partir de μ₀ y z_α y después calcula la probabilidad de caer más allá de x̄c usando la media verdadera: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Media muestral crítica

SE = 5/√25 = 1
x̄c = 80 + 1,282·1 = 81,28

z con la media verdadera

z = (81,28 − 82,1)/1 = −0,818

Potencia

potencia = P(Z > −0,818) = 79,33%
1 − β = 79,33%

Respuesta

1 − β = 79,33%
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,8706

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 = 100/5 = 20
ȳ = 359/5 = 71,8

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 140
Syy = Σ(y − ȳ)² = 562,8

Coeficiente de determinación

r² = 140²/(40·562,8) = 0,8706

Respuesta

r² = 0,8706

Aproximadamente el 87,06 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 5,231

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) = 52

Recta de regresión

b = 52/40 = 1,3
a = 10 − 1,3·6 = 2,2
ŷ = 2,2 + 1,3·x

Despeja x

x = (9 − 2,2)/1,3 = 5,231

Respuesta

x = 5,231
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 27,29

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 = 81·62/184 = 27,29

Respuesta

E = 27,29
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 5

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 = 6 − 1 = 5

Respuesta

df = 5

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