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. ASi la hipótesis nula fuera cierta, datos tan extremos aparecerían alrededor del 3% de las veces
  2. BEl resultado se replicará el 97% de las veces
  3. CEl efecto es grande
  4. DDados los datos observados, solo hay un 3% de probabilidad de que la hipótesis nula sea cierta
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador encuentra que las ventas de helados y las muertes por ahogamiento están correlacionadas positivamente. ¿Qué explicación es más plausible?

  1. ALos helados causan ahogamientos
  2. BLos ahogamientos aumentan las ventas de helados
  3. CEl calor aumenta tanto las ventas de helados como el baño
  4. DLa correlación debe ser un error de cálculo
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 37, 50, 15, 42, 59.

n = 5
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 62.

μ = 50σ = 12x = 62
z =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 5azules: 8

Una bolsa tiene 5 bolas rojas y 8 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

5 / 8
P =
6.ProbabilidadDifícil
€p(x)−50,73200,25950,02

Jugar una partida cuesta 5 €. Ganas 25 € con probabilidad 0,25 y 100 € con probabilidad 0,02; en otro caso no ganas nada. La apuesta no se devuelve. Halla la ganancia neta esperada E(G) por partida.

apuesta = €5€25: p = 0,25€100: p = 0,02
E(G) = €
7.Distribución normalMedia
248,75254P = ?

Supón que los pesos de las bolsas siguen una distribución normal con media 250 g y desviación típica 5 g. ¿Qué fracción está entre 248,75 y 254 g? Da P como número decimal.

μ = 250σ = 5x1 = 248,75x2 = 254
P =
8.Distribución normalDifícil
157164171178185192199cminferior 20%

Para las estaturas de los hombres adultos, la distribución es normal, con media 178 cm y desviación típica 7 cm. Arrastra el punto de corte para que el 20 % inferior sombreado quede a su izquierda. Halla el punto de corte x.

μ = 178 cmσ = 7 cm20%
x = cm
9.Intervalos de confianzaMedia
μ₁ − μ₂0LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

Se compara la duración de la batería de dos modelos de móvil. Modelo 1: 80 móviles, media 64 h, desviación típica conocida 11 h. Modelo 2: 80 móviles, media 68 h, desviación típica conocida 10 h. Halla el límite superior del intervalo de confianza del 95 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 80x̄₁ = 64 hσ₁ = 11 hn₂ = 80x̄₂ = 68 hσ₂ = 10 h95%
límite superior = h
10.Intervalos de confianzaDifícil
n = 15Lσ = ?s = 7,595%

Los diámetros de 15 ejes mecanizados tienen una desviación típica muestral de 7,5 µm. Suponiendo que los diámetros siguen una distribución normal, halla el límite superior σ del intervalo de confianza del 95 % para la desviación típica poblacional. Con gl = 14, el 2,5 % de la distribución χ² queda por debajo de 5,629 y el 2,5 % queda por encima de 26,119.

n = 15s = 7,5 µmχ² = 5,629, 26,119
σ = µm
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,99801,998

Una muestra de 64 estudiantes tiene una nota media de 116,1 y una desviación típica muestral de 10. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 116,1s = 10n = 64
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
μ₀x̄c

Se hace un contraste z unilateral de H₀: μ = 500 frente a H₁: μ > 500 con α = 0,05 y una muestra de 36; se sabe que la desviación típica es 15. En realidad la media es 503,5. Halla la probabilidad de un error de tipo II β en porcentaje.

μ₀ = 500μ = 503,5σ = 15n = 36α = 0,05
β = %
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy347450556661757xy46505560

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 5Σx = 25Σy = 271Σx² = 135Σy² = 14815Σxy = 1386
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy17811984211062310725123xy202580100120ŷ = 84

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. ¿Para qué valor x predice la recta ŷ = 84?

n = 5ŷ = 84
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día13202760turno de noche29222980Total424256140

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 = 1402 × 3
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste comprueba si las frecuencias en 5 categorías siguen una distribución de Poisson cuya media se estima a partir de los mismos datos. ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

k = 5
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · 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

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

Respuesta: C · El calor aumenta tanto las ventas de helados como el baño

Por qué esta es la respuesta

Una tercera variable, la temperatura, causa ambas cosas. Esto ilustra por qué la correlación por sí sola no puede demostrar causalidad.

Respuesta

C · El calor aumenta tanto las ventas de helados como el baño
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 16,56

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 = 203/5 = 40,6

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−3,6)² + 9,4² + (−25,6)² + 1,4² + 18,4² = 1097

Desviación típica

s = √(1097/4) = 16,56

Respuesta

s = 16,56
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = 1

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 = (62 − 50)/12 = 1

Respuesta

z = 1
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,1282

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 = 5/13 · 4/12 = 20/156 = 0,1282

Respuesta

P = 0,1282
6.Probabilidad

Respuesta: E(G) = 3,25 €

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.

Resultados netos

G: 20 (p = 0,25), 95 (p = 0,02), −5 (p = 0,73)

Valor esperado

E(G) = 20·0,25 + 95·0,02 − 5·0,73 = 3,25 €

Respuesta

E(G) = 3,25 €

Un valor positivo significa que ganas dinero de media.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,3869

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 = (248,75 − 250)/5 = −0,25
z₂ = (254 − 250)/5 = 0,8

Área entre ambos valores

P = Φ(0,8) − Φ(−0,25) = 0,7881 − 0,4013 = 0,3869

Respuesta

P = 0,3869
8.Distribución normal

Respuesta: x = 172,1 cm

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 = 178 − 0,84·7 = 172,1 cm

Respuesta

x = 172,1 cm
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = −0,7423 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 = 64 − 68 = −4

Error típico

SE = √(11²/80 + 10²/80) = 1,662

Margen de error

E = 1,96·1,662 = 3,258

Intervalo

−4 ± 3,258 → [−7,258, −0,7423]

Respuesta

límite superior = −0,7423 h

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

10.Intervalos de confianza

Respuesta: σ = 11,83 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 = 14·7,5² = 787,5

Límites para σ²

787,5/26,119 = 30,15
787,5/5,629 = 139,9

Límite para σ

σ = √139,9 = 11,83 µm

Respuesta

σ = 11,83 µm

Intervalo del 95 % para σ: [5,491, 11,83] µm.

11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −3,12

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 = 10/√64 = 10/8 = 1,25

Estadístico de contraste

t = (116,1 − 120)/1,25 = −3,12

Respuesta

t = −3,12
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| > 1,998, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: β = 59,68 %

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 = 15/√36 = 2,5
x̄c = 500 + 1,645·2,5 = 504,1

z con la media verdadera

z = (504,1 − 503,5)/2,5 = 0,245

Error de tipo II

potencia = P(Z > 0,245) = 40,32%
β = 100% − 40,32% = 59,68%

Respuesta

β = 59,68%
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 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.

Sumas centradas

Sxy = 1386 − 25·271/5 = 31
Sxx = 135 − 25²/5 = 10
Syy = 14815 − 271²/5 = 126,8

Coeficiente de correlación

r = 31/√(10·126,8) = 0,8706

Respuesta

r = 0,8706
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 17,97

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 = 105/5 = 21
ȳ = 501/5 = 100,2

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 214

Recta de regresión

b = 214/40 = 5,35
a = 100,2 − 5,35·21 = −12,15
ŷ = −12,15 + 5,35·x

Despeja x

x = (84 − (−12,15))/5,35 = 17,97

Respuesta

x = 17,97
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 3,476

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

turno de día: 60·42/140 = 18, 60·42/140 = 18, 60·56/140 = 24
turno de noche: 80·42/140 = 24, 80·42/140 = 24, 80·56/140 = 32

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (13 − 18)²/18 + (20 − 18)²/18 + (27 − 24)²/24 + (29 − 24)²/24 + (22 − 24)²/24 + (29 − 32)²/32
χ² = 3,476

Respuesta

χ² = 3,476

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 = 3

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 = 5 − 1 − 1 = 3

Respuesta

df = 3

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