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. BRecoge demasiados datos
  3. CRechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera
  4. DUsa la prueba estadística equivocada
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador usa un cuestionario, entrevistas y observación para estudiar el estrés laboral, y los hallazgos coinciden. ¿Cómo se llama este enfoque?

  1. ATriangulación
  2. BReplicación
  3. CContrabalanceo
  4. DEstratificación
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 38, 44, 11, 50, 17, 23, 57.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 100 y desviación típica 8. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 112?

μ = 100σ = 8x = 112
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)10,320,230,3540,15μ = 2,35

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

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,2, 0,35, 0,15
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
€p(x)−20,860,15380,05

Jugar una partida cuesta 2 €. Ganas 8 € con probabilidad 0,15 y 40 € con probabilidad 0,05; en otro caso no ganas nada. La apuesta no se devuelve. Halla la ganancia neta esperada E(G) por partida.

apuesta = €2€8: p = 0,15€40: p = 0,05
E(G) = €
7.Distribución normalMedia
150 kg151,2 kgT = X₁ + … + X₆?

Las masas de sacos de cemento son independientes y normales con media 25 kg y desviación típica 0,5 kg. Halla la probabilidad P de que la masa total de 6 de ellos sea inferior a 151,2 kg. Redondea z a dos decimales.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 6< 151.2 kg
P =
8.Distribución normalDifícil
380420460500540580620hsuperior 60%

Para las duraciones de las baterías, la distribución es normal, con media 500 h y desviación típica 40 h. Arrastra el punto de corte para que el 60 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 500 hσ = 40 h60%
x = h
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 8, sd​ = 3,40LU = ?d̄ = 3,7E99%

Se mide la tensión arterial de 8 pacientes antes y después de un tratamiento. Las diferencias d = antes − después (mmHg) tienen media 3,7 y desviación típica 3,4. Halla el límite superior del intervalo de confianza del 99 % para la diferencia media.

n = 8d̄ = 3,7sd = 3,499%t(7) = 3,499
límite superior = mmHg
10.Intervalos de confianzaDifícil
μ₁ − μ₂, t(10) = 1,8120LU = ?x̄₁ − x̄₂E90%

Se prueban dos fertilizantes. Grupo de parcelas 1: 5 parcelas, rendimiento medio 65,5 kg, desviación típica 9 kg. Grupo de parcelas 2: 7 parcelas, media 62,5 kg, desviación típica 4 kg. Supón varianzas iguales (t con varianza combinada, gl = n₁ + n₂ − 2). Halla el límite superior del intervalo de confianza del 90 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 5x̄₁ = 65,5s₁ = 9n₂ = 7x̄₂ = 62,5s₂ = 490%t(10) = 1,812
límite superior = kg
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−0,96p = ?

Se afirma que la media de una población es 120; se sabe que la desviación típica poblacional es 25. Una muestra aleatoria de 100 observaciones tiene una media de 117,6. Contrasta H₀: μ = 120 frente a H₁: μ < 120. Halla el p-valor p.

μ₀ = 120σ = 25n = 100x̄ = 117,6H₁: μ < μ₀
p =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −1,64501,645

Una muestra de 64 medidas tiene media 194,8. La desviación típica poblacional es 15. Calcula el límite inferior L del intervalo de confianza del 90 % para la media.

x̄ = 194,8σ = 15n = 6490%
L =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy254126188251029xy510102030

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 5
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy142255358464569xy2440506070ŷ = 48

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 = 48?

n = 5ŷ = 48
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día37101865turno de noche42332196Total794339161

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

total de fila = 96total de columna = 39N = 161
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 9 categorías con proporciones esperadas totalmente especificadas (no se estima ningún parámetro a partir de los datos). Con la tabla, halla el valor crítico χ²crit para el nivel de significación α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · 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

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

Respuesta: A · Triangulación

Por qué esta es la respuesta

La triangulación usa múltiples métodos, fuentes o investigadores. La coincidencia entre ellos aumenta la confianza en la validez de los hallazgos.

Respuesta

A · Triangulación
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 17,51

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 = 240/7 = 34,29

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 3,714² + 9,714² + (−23,29)² + 15,71² + (−17,29)² + (−11,29)² + 22,71² = 1839

Desviación típica

s = √(1839/6) = 17,51

Respuesta

s = 17,51
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,06681

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 = 1 − 0,9332 = 0,06681

Respuesta

P = 0,06681
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 1,128

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 = 1·0,3 + 2·0,2 + 3·0,35 + 4·0,15 = 2,35

Media de los cuadrados

E(X²) = 1·0,3 + 4·0,2 + 9·0,35 + 16·0,15 = 6,65

Varianza

Var(X) = 6,65 − 2,35² = 1,128

Respuesta

Var(X) = 1,128
6.Probabilidad

Respuesta: E(G) = 1,2 €

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.

Resultados netos

G: 6 (p = 0,15), 38 (p = 0,05), −2 (p = 0,8)

Valor esperado

E(G) = 6·0,15 + 38·0,05 − 2·0,8 = 1,2 €

Respuesta

E(G) = 1,2 €

Un valor positivo significa que ganas dinero de media.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,8365

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 del total

μT = 150 kg, σT = 0,5·√6 = 1,225 kg

Tipificar

z = (151,2 − 150)/1,225 = 0,98

Probabilidad

P = Φ(0,98) = 0,8365

Respuesta

P = 0,8365
8.Distribución normal

Respuesta: x = 490 h

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) = 0,4

z según la tabla

z ≈ −0,25

De vuelta a las unidades originales

x = 500 − 0,25·40 = 490 h

Respuesta

x = 490 h
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 7,906 mmHg

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.

Valor crítico

df = 7, t = 3,499

Margen de error

E = 3,499·3,4/√8 = 4,206

Intervalo

3,7 ± 4,206 → [−0,5061, 7,906]

Respuesta

límite superior = 7,906 mmHg
10.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 9,876 kg

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.

Desviación típica combinada

sp² = (4·9² + 6·4²)/10 = 42
sp = 6,481

Margen de error

E = 1,812·6,481·√(1/5 + 1/7) = 6,876

Intervalo

3 ± 6,876 → [−3,876, 9,876]

Respuesta

límite superior = 9,876 kg
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: p = 0,1685

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.

Estadístico de contraste

SE = σ/√n = 25/√100 = 2,5
z = (117,6 − 120)/2,5 = −0,96

Área de la cola

Φ(0,96) = 0,8315
1 − Φ(0,96) = 0,1685

p-valor

p = 0,1685

Respuesta

p = 0,1685

p > 0,05, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 %.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: L = 191,7

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).

Margen de error

E = 1,645·15/√64 = 3,084

Límite del intervalo

L = 194,8 − 3,084 = 191,7

Respuesta

L = 191,7
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9964

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 = 89/5 = 17,8

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 122
Syy = Σ(y − ȳ)² = 374,8

Coeficiente de correlación

r = 122/√(40·374,8) = 0,9964

Respuesta

r = 0,9964
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 1,476

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 = 288/5 = 57,6

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 63

Recta de regresión

b = 63/10 = 6,3
a = 57,6 − 6,3·3 = 38,7
ŷ = 38,7 + 6,3·x

Despeja x

x = (48 − 38,7)/6,3 = 1,476

Respuesta

x = 1,476
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 23,25

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 = 96·39/161 = 23,25

Respuesta

E = 23,25
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ²crit = 15,51

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 = 9 − 1 = 8

Tabla

χ²crit(df = 8, α = 0,05) = 15,507

Respuesta

χ²crit = 15,507

Rechaza H₀ si el χ² calculado es mayor que este valor.

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