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 estadístico es adecuado para la relación entre dos conjuntos de rangos, como las clasificaciones de cuadros hechas por unos jueces?

  1. AEl chi cuadrado
  2. BLa prueba t para muestras independientes
  3. CLa r de Pearson
  4. DLa rho de Spearman
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un departamento de psicología recluta participantes solo en asignaturas introductorias de psicología. Los críticos dicen que las muestras son «WEIRD». ¿A qué se refiere?

  1. AA muestras reclutadas con métodos aleatorios ponderados
  2. BA muestras inusualmente extrañas en su conducta
  3. CA muestras occidentales, con estudios, industrializadas, ricas y democráticas (Western, Educated, Industrialised, Rich, Democratic) que pueden no generalizarse
  4. DA muestras que abandonan pronto los estudios
3.Estadística descriptivaMedia
15202530354045

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 32, 44, 46, 15, 15, 36, 25.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 500 y desviación típica 25. Calcula la puntuación z z de una nota de 487,5.

μ = 500σ = 25x = 487,5
z =
5.ProbabilidadMedia
P(al menos un seis) = ??1?2?3?4P(seis) = 1/6 en cada lanzamiento

Se lanza un dado equilibrado 4 veces. ¿Cuál es la probabilidad P de sacar al menos un seis?

n = 4
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 7, p = 0,3: P(X = 4) = ?k01234567

Un examen tiene 7 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,3, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 4?

n = 7p = 0,3k = 4
P =
7.Distribución normalMedia
32 min28,3 minX + Y?

X es normal con media 12 min y desviación típica 1,5 min; Y es independiente y normal con media 20 min y desviación típica 2 min. Halla la probabilidad P de que X + Y sea mayor que 28,3 min. Redondea z a dos decimales.

μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 28,3 min
P =
8.Distribución normalDifícil
μ = 500x = ?80%

Supón que las duraciones de las baterías siguen una distribución normal con media 500 h y desviación típica 40 h. Halla el valor x por debajo del cual queda el 80 % de los datos (el percentil 80).

μ = 500σ = 40P = 80%
x = h
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 15, s = 2,5LU = ?x̄ = 68E99%

Una muestra de 15 elementos tiene media 68 y desviación típica s = 2,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 15x̄ = 68s = 2,599%t(14) = 2,977
límite superior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
p ≈ 0,6, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,02595%

Un estudio piloto indica que aproximadamente 0,6 de los productos son defectuosos. ¿Cuántos productos n hay que inspeccionar para que un intervalo de confianza del 95 % para la proporción tenga un margen de error de como máximo 0,025?

p ≈ 0,6E = 0,02595%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,98401,984

Una muestra de 100 estudiantes tiene una nota media de 101 y una desviación típica muestral de 8. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 101s = 8n = 100
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
μ₀x̄c

Se hace un contraste z unilateral de H₀: μ = 100 frente a H₁: μ > 100 con α = 0,05 y una muestra de 64; se sabe que la desviación típica es 20. En realidad la media es 104. Halla la probabilidad de un error de tipo II β en porcentaje.

μ₀ = 100μ = 104σ = 20n = 64α = 0,05
β = %
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy123222317415516xy241520

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 5
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy361465570678785889xy46860708090ŷ = 76

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. ¿Para qué valor x predice la recta ŷ = 76?

n = 6ŷ = 76
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
mejoróno mejoróTotalfármaco nuevo235780placebo255580Total48112160

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 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Se realiza una prueba de chi cuadrado de independencia sobre una tabla de contingencia con 2 filas y 6 columnas (sin contar los totales). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

2 × 6
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · La rho de Spearman

Por qué esta es la respuesta

La correlación por rangos de Spearman mide la fuerza de una relación monótona entre dos variables ordenadas u ordinales.

Respuesta

D · La rho de Spearman
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · A muestras occidentales, con estudios, industrializadas, ricas y democráticas (Western, Educated, Industrialised, Rich, Democratic) que pueden no generalizarse

Por qué esta es la respuesta

Henrich y sus colaboradores señalaron que la mayoría de los participantes en psicología proceden de sociedades WEIRD, que no representan a la humanidad, lo que amenaza la validez poblacional.

Respuesta

C · A muestras occidentales, con estudios, industrializadas, ricas y democráticas (Western, Educated, Industrialised, Rich, Democratic) que pueden no generalizarse
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 12,69

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 = 213/7 = 30,43

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 1,571² + 13,57² + 15,57² + (−15,43)² + (−15,43)² + 5,571² + (−5,429)² = 965,7

Desviación típica

s = √(965,7/6) = 12,69

Respuesta

s = 12,69
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = −0,5

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 = (487,5 − 500)/25 = −0,5

Respuesta

z = −0,5
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,5177

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)4 = 0,4823
P = 1 − 0,4823 = 0,5177

Respuesta

P = 0,5177
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,09724

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 = 4) = 35·0,34·0,73 = 35·0,0081·0,343 = 0,09724

Respuesta

P = 0,09724
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9306

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 suma

μ = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min

Tipificar

z = (28,3 − 32)/2,5 = −1,48

Cola superior

P = 1 − Φ(−1,48) = 1 − 0,06944 = 0,9306

Respuesta

P = 0,9306
8.Distribución normal

Respuesta: x = 533,7 h

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) = 0,8 → z = 0,8416

Vuelta a x

x = 500 + 0,8416·40 = 533,66 h

Respuesta

x = 533,66 h
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 69,92

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 = 2,977

Margen de error

E = 2,977·2,5/√15 = 1,922

Intervalo

68 ± 1,922 → [66,08, 69,92]

Respuesta

límite superior = 69,92
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 1476

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Despejar n

n = 1,96²·0,6·0,4/0,025² = 1475

Redondear hacia arriba

n = 1476

Respuesta

n = 1476
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 1,25

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 = 8/√100 = 8/10 = 0,8

Estadístico de contraste

t = (101 − 100)/0,8 = 1,25

Respuesta

t = 1,25
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: β = 51,79 %

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 = 20/√64 = 2,5
x̄c = 100 + 1,645·2,5 = 104,1

z con la media verdadera

z = (104,1 − 104)/2,5 = 0,045

Error de tipo II

potencia = P(Z > 0,045) = 48,21%
β = 100% − 48,21% = 51,79%

Respuesta

β = 51,79%
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = −0,9105

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 = 15/5 = 3
ȳ = 93/5 = 18,6

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −21
Syy = Σ(y − ȳ)² = 53,2

Coeficiente de correlación

r = −21/√(10·53,2) = −0,9105

Respuesta

r = −0,9105
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 5,724

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 = 33/6 = 5,5
ȳ = 448/6 = 74,67

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 104

Recta de regresión

b = 104/17,5 = 5,943
a = 74,67 − 5,943·5,5 = 41,98
ŷ = 41,98 + 5,943·x

Despeja x

x = (76 − 41,98)/5,943 = 5,724

Respuesta

x = 5,724
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 0,119

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

fármaco nuevo: 80·48/160 = 24, 80·112/160 = 56
placebo: 80·48/160 = 24, 80·112/160 = 56

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (23 − 24)²/24 + (57 − 56)²/56 + (25 − 24)²/24 + (55 − 56)²/56
χ² = 0,119

Respuesta

χ² = 0,119

gl = 1. Con α = 0,05 el valor crítico es 3,841, así que H₀ (independencia) no se rechaza.

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 = (2 − 1)·(6 − 1) = 5

Respuesta

df = 5

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