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. BSi la hipótesis nula fuera cierta, datos tan extremos aparecerían alrededor del 3% de las veces
  3. CEl resultado se replicará el 97% de las veces
  4. DEl efecto es grande
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un estudio informa de t(28) = 2,50, p = .018 para dos grupos independientes del mismo tamaño. ¿Cuántos participantes hubo?

  1. A30
  2. B29
  3. C28
  4. D56
3.Estadística descriptivaMedia
2530354045505560

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 60, 36, 27, 40, 23, 39, 44.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 170 y desviación típica 5. ¿Qué proporción P de valores está por debajo de 176,3?

μ = 170σ = 5x = 176,3
P =
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 = 5, p = 0,2: P(X ≤ 1) = ?k012345

Se prueban 5 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,2, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 5p = 0,2
P =
7.Distribución normalMedia
460520P = ?

Supón que las duraciones de las baterías siguen una distribución normal con media 500 h y desviación típica 40 h. ¿Qué fracción está entre 460 y 520 h? Da P como número decimal.

μ = 500σ = 40x1 = 460x2 = 520
P =
8.Distribución normalDifícil
0,03 mm0D − d?

Los diámetros D de los agujeros son normales con media 25,03 mm y desviación típica 0,02 mm. Los diámetros d de los ejes son independientes y normales con media 25 mm y desviación típica 0,02 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 = 0,02 mmeje: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
μ₁ − μ₂0LU = ?x̄₁ − x̄₂E99%

Se compara la duración de la batería de dos modelos de móvil. Modelo 1: 80 móviles, media 136,5 h, desviación típica conocida 11 h. Modelo 2: 50 móviles, media 151 h, desviación típica conocida 9 h. Halla el límite superior del intervalo de confianza del 99 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 80x̄₁ = 136,5 hσ₁ = 11 hn₂ = 50x̄₂ = 151 hσ₂ = 9 h99%
límite superior = h
10.Intervalos de confianzaDifícil
n = 10Lσ = ?s = 8,595%

Los diámetros de 10 ejes mecanizados tienen una desviación típica muestral de 8,5 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 = 9, el 2,5 % de la distribución χ² queda por debajo de 2,7 y el 2,5 % queda por encima de 19,023.

n = 10s = 8,5 µmχ² = 2,7, 19,023
σ = µm
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,1792,179t = ?df = 12

Se comparan dos métodos de enseñanza. Grupo 1: 7 estudiantes, nota media 103, desviación típica 7,5. Grupo 2: 7 estudiantes, nota media 113,7, desviación típica 3. 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 = 7x̄₁ = 103s₁ = 7,5n₂ = 7x̄₂ = 113,7s₂ = 3
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 8, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,595%

¿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 0,5? La desviación típica es 8. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 8E = 0,595%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy149256361465560xy2450556065

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 = 15Σy = 291Σx² = 55Σy² = 17083Σxy = 904
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy1781199421972311225129xy202580100120x = 22

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. Predice ŷ para x = 22.

n = 5x = 22
ŷ =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
mejoróno mejoróTotalfármaco nuevo6436100placebo7941120Total14377220

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 = 2202 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 11 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 = 11
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · 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

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

Respuesta: A · 30

Por qué esta es la respuesta

Unos grados de libertad de 28 significan 28 + 2 = 30 participantes, 15 en cada grupo.

Respuesta

A · 30
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 12,07

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 = 269/7 = 38,43

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 21,57² + (−2,429)² + (−11,43)² + 1,571² + (−15,43)² + 0,5714² + 5,571² = 873,7

Desviación típica

s = √(873,7/6) = 12,07

Respuesta

s = 12,07
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,8944

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 = 1,25

Tabla de la normal estándar

Φ(1,25) = 0,8944
P = 0,8944

Respuesta

P = 0,8944
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 = 0,7373

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) = 0,85 = 0,3277
P(X = 1) = 5·0,2·0,84 = 0,4096

Súmalas

P = 0,3277 + 0,4096 = 0,7373

Respuesta

P = 0,7373
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,5328

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 = (460 − 500)/40 = −1
z₂ = (520 − 500)/40 = 0,5

Área entre ambos valores

P = Φ(0,5) − Φ(−1) = 0,6915 − 0,1587 = 0,5328

Respuesta

P = 0,5328
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,8554

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 = 0,02828 mm

Tipificar

z = (0 − 0,03)/0,02828 = −1,06

Probabilidad

P = 1 − Φ(−1,06) = 0,8554

Respuesta

P = 0,8554
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = −9,941 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 = 136,5 − 151 = −14,5

Error típico

SE = √(11²/80 + 9²/50) = 1,77

Margen de error

E = 2,576·1,77 = 4,559

Intervalo

−14,5 ± 4,559 → [−19,06, −9,941]

Respuesta

límite superior = −9,941 h

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

10.Intervalos de confianza

Respuesta: σ = 15,52 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 = 9·8,5² = 650,3

Límites para σ²

650,3/19,023 = 34,18
650,3/2,7 = 240,8

Límite para σ

σ = √240,8 = 15,52 µm

Respuesta

σ = 15,52 µm

Intervalo del 95 % para σ: [5,847, 15,52] µm.

11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −3,505

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 = (6·7,5² + 6·3²)/12 = 32,63
sp = 5,712

Error típico

SE = 5,712·√(1/7 + 1/7) = 3,053

Estadístico de contraste

t = (103 − 113,7)/3,053 = −3,505

Respuesta

t = −3,505

Con gl = 12, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,179; |t| es mayor, así que se rechaza H₀.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 984

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 = (1,96·8/0,5)² = 983,4

Redondear hacia arriba

n = 984

Respuesta

n = 984
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,8091

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 = 904 − 15·291/5 = 31
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 17083 − 291²/5 = 146,8

Coeficiente de correlación

r = 31/√(10·146,8) = 0,8091

Respuesta

r = 0,8091
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 108,3

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 = 513/5 = 102,6

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 228

Recta de regresión

b = 228/40 = 5,7
a = 102,6 − 5,7·21 = −17,1
ŷ = −17,1 + 5,7·x

Predicción

ŷ = −17,1 + 5,7·22 = 108,3

Respuesta

ŷ = 108,3
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 0,08059

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: 100·143/220 = 65, 100·77/220 = 35
placebo: 120·143/220 = 78, 120·77/220 = 42

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (64 − 65)²/65 + (36 − 35)²/35 + (79 − 78)²/78 + (41 − 42)²/42
χ² = 0,08059

Respuesta

χ² = 0,08059

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 = 10

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 = 11 − 1 = 10

Respuesta

df = 10

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