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 error de tipo I ocurre cuando un investigador:

  1. ANo rechaza una hipótesis nula falsa
  2. BRechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera
  3. CRecoge demasiados datos
  4. DUsa la prueba estadística equivocada
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 de independencia de chi cuadrado
  2. BPrueba t para muestras independientes
  3. CPrueba U de Mann-Whitney
  4. DPrueba de rangos con signo de Wilcoxon
3.Estadística descriptivaMedia
1520253035404550

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 50, 44, 11, 53, 15.

n = 5
s =
4.Estadística descriptivaDifícil
z −2−1012

Una magnitud sigue una distribución normal con media 60 y desviación típica 15. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 30?

μ = 60σ = 15x = 30
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,310,3520,35μ = 1,05

Para la distribución mostrada, halla la desviación típica σ de X.

x: 0, 1, 2p(x): 0,3, 0,35, 0,35
σ =
6.ProbabilidadDifícil
€p(x)−30,73120,25570,02

Jugar una partida cuesta 3 €. Ganas 15 € con probabilidad 0,25 y 60 € 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 = €3€15: p = 0,25€60: p = 0,02
E(G) = €
7.Distribución normalMedia
174,85186,4P = ?

Supón que las estaturas de los hombres adultos siguen una distribución normal con media 178 cm y desviación típica 7 cm. ¿Qué fracción está entre 174,85 y 186,4 cm? Da P como número decimal.

μ = 178σ = 7x1 = 174,85x2 = 186,4
P =
8.Distribución normalDifícil
μ = 250x = ?5%

Supón que los pesos de las bolsas siguen una distribución normal con media 250 g y desviación típica 5 g. Halla el valor x por debajo del cual queda el 5 % de los datos (el percentil 5).

μ = 250σ = 5P = 5%
x = g
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 6, s = 2L = ?Ux̄ = 49E90%

Una muestra de 6 elementos tiene media 49 y desviación típica s = 2. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite inferior del intervalo de confianza del 90 % para la media.

n = 6x̄ = 49s = 290%t(5) = 2,015
límite inferior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
p ≈ 0,6, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0390%

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 90 % para la proporción tenga un margen de error de como máximo 0,03?

p ≈ 0,6E = 0,0390%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,99801,998

Una muestra de 64 estudiantes tiene una nota media de 120,9 y una desviación típica muestral de 10. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 120,9s = 10n = 64
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
−1,961,96z = ?

En un ensayo se recuperan 80 de 200 pacientes con el tratamiento A y 47 de 100 pacientes con el tratamiento B. Usando la proporción combinada, halla el estadístico de contraste z para H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 80n₁ = 200x₂ = 47n₂ = 100
z =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy264116168221024xy5101020

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 5Σx = 30Σy = 79Σx² = 220Σy² = 1473Σxy = 568
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy352456559657757xy4655ŷ = 57

La tabla da 5 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 = 57?

n = 5ŷ = 57
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
bajomedioaltoTotalurbano9143962rural39143588Total482874150

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

total de fila = 62total de columna = 74N = 150
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Se realiza una prueba de chi cuadrado de independencia sobre una tabla de contingencia con 3 filas y 4 columnas (sin contar los totales). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

3 × 4
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · Rechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera

Por qué esta es la respuesta

Un error de tipo I afirma un efecto que no existe. Su probabilidad es igual al nivel de significación (a menudo 0,05). Un error de tipo II pasa por alto un efecto real.

Respuesta

B · Rechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · 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

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

Respuesta: s = 20,03

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 = 173/5 = 34,6

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 15,4² + 9,4² + (−23,6)² + 18,4² + (−19,6)² = 1605

Desviación típica

s = √(1605/4) = 20,03

Respuesta

s = 20,03
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,9772

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 = −2

Tabla de la normal estándar

Φ(−2) = 0,02275
P = 1 − 0,02275 = 0,9772

Respuesta

P = 0,9772
5.Probabilidad

Respuesta: σ = 0,8047

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 = 0·0,3 + 1·0,35 + 2·0,35 = 1,05

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,3 + 1·0,35 + 4·0,35 = 1,75

Varianza

Var(X) = 1,75 − 1,05² = 0,6475
σ = √0,6475 = 0,8047

Respuesta

σ = 0,8047
6.Probabilidad

Respuesta: E(G) = 1,95 €

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: 12 (p = 0,25), 57 (p = 0,02), −3 (p = 0,73)

Valor esperado

E(G) = 12·0,25 + 57·0,02 − 3·0,73 = 1,95 €

Respuesta

E(G) = 1,95 €

Un valor positivo significa que ganas dinero de media.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,5586

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 = (174,85 − 178)/7 = −0,45
z₂ = (186,4 − 178)/7 = 1,2

Área entre ambos valores

P = Φ(1,2) − Φ(−0,45) = 0,8849 − 0,3264 = 0,5586

Respuesta

P = 0,5586
8.Distribución normal

Respuesta: x = 241,8 g

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) = 0,05 → z = −1,645

Vuelta a x

x = 250 + −1,645·5 = 241,78 g

Respuesta

x = 241,78 g
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = 47,35

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 = 5, t = 2,015

Margen de error

E = 2,015·2/√6 = 1,645

Intervalo

49 ± 1,645 → [47,35, 50,65]

Respuesta

límite inferior = 47,35
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 722

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 = 1,645²·0,6·0,4/0,03² = 721,6

Redondear hacia arriba

n = 722

Respuesta

n = 722
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 0,72

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 = (120,9 − 120)/1,25 = 0,72

Respuesta

t = 0,72
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| < 1.998, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −1,157

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.

Proporciones muestrales

p̂₁ = 80/200 = 0,4
p̂₂ = 47/100 = 0,47
p̂ = 127/300 = 0,4233

Error típico bajo H₀

SE = √(0,4233·0,5767·(1/200 + 1/100)) = 0,06051

Estadístico de contraste

z = (0,4 − 0,47)/0,06051 = −1,157

Respuesta

z = −1,157

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

13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9913

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 = 568 − 30·79/5 = 94
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 1473 − 79²/5 = 224,8

Coeficiente de correlación

r = 94/√(40·224,8) = 0,9913

Respuesta

r = 0,9913
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 5,727

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 = 25/5 = 5
ȳ = 281/5 = 56,2

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 11

Recta de regresión

b = 11/10 = 1,1
a = 56,2 − 1,1·5 = 50,7
ŷ = 50,7 + 1,1·x

Despeja x

x = (57 − 50,7)/1,1 = 5,727

Respuesta

x = 5,727
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 30,59

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 = 62·74/150 = 30,59

Respuesta

E = 30,59
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 6

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 = (3 − 1)·(4 − 1) = 6

Respuesta

df = 6

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