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 investigador envía un cuestionario a todos los estudiantes y luego pide a quienes responden que recluten a amigos que también usen una aplicación de sueño poco común. ¿Qué método de muestreo se usa en el segundo paso?

  1. AMuestreo en bola de nieve
  2. BMuestreo estratificado
  3. CMuestreo aleatorio
  4. DMuestreo sistemático
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador realiza cinco pruebas t y quiere mantener la tasa global de error de tipo I en 0,05 con la corrección de Bonferroni. ¿Qué nivel de significación debe usar cada prueba?

  1. A0,05
  2. B0,025
  3. C0,25
  4. D0,01
3.Estadística descriptivaMedia
1520253035404550

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 41, 52, 42, 42, 15, 48.

n = 6
s =
4.Estadística descriptivaDifícil
z −2−1012

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 500 y desviación típica 60. Calcula la puntuación z z de una nota de 470.

μ = 500σ = 60x = 470
z =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,2520,340,260,25μ = 2,9

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

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,25, 0,3, 0,2, 0,25
σ =
6.ProbabilidadDifícil
xp(x)00,220,3540,2560,2μ

X tiene la distribución mostrada, y Y = 5X + 10. Halla la desviación típica σY de Y.

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,2, 0,35, 0,25, 0,2Y = 5X + 10
σY =
7.Distribución normalMedia
200 mm199,8 mmX + Y?

X es normal con media 120 mm y desviación típica 0,3 mm; Y es independiente y normal con media 80 mm y desviación típica 0,4 mm. Halla la probabilidad P de que X + Y sea mayor que 199,8 mm. Redondea z a dos decimales.

μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 199,8 mm
P =
8.Distribución normalDifícil
10 cm0X − Y?

Las alturas X de los hombres e Y de las mujeres de un grupo son independientes y normales: X tiene media 180 cm y desviación típica 10 cm, Y tiene media 170 cm y desviación típica 12 cm. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 6, s = 10L = ?Ux̄ = 10,5E95%

Una muestra de 6 elementos tiene media 10,5 y desviación típica s = 10. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite inferior del intervalo de confianza del 95 % para la media.

n = 6x̄ = 10,5s = 1095%t(5) = 2,571
límite inferior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 16, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

La desviación típica poblacional es 16. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 4?

σ = 16E = 495%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
0,8p = ?

Se afirma que la media de una población es 250; se sabe que la desviación típica poblacional es 20. Una muestra aleatoria de 25 observaciones tiene una media de 253,2. Contrasta H₀: μ = 250 frente a H₁: μ > 250. Halla el p-valor p.

μ₀ = 250σ = 20n = 25x̄ = 253,2H₁: μ > μ₀
p =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −1,64501,645

Una muestra de 81 medidas tiene media 99. La desviación típica poblacional es 5. Calcula el límite inferior L del intervalo de confianza del 90 % para la media.

x̄ = 99σ = 5n = 8190%
L =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy3595707869971110213116xy5106080100120

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 6
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy150255362466566678xy24650607080ŷ = 73

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 = 73?

n = 6ŷ = 73
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día223860120turno de noche145848120Total3696108240

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 = 2402 × 3
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 6 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 = 6
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · Muestreo en bola de nieve

Por qué esta es la respuesta

El muestreo en bola de nieve es útil para grupos de difícil acceso, pero es probable que la muestra comparta características y no sea representativa.

Respuesta

A · Muestreo en bola de nieve
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · 0,01

Por qué esta es la respuesta

La corrección de Bonferroni divide α por el número de comparaciones: 0,05 / 5 = 0,01. Es sencilla pero conservadora, lo que aumenta el riesgo de errores de tipo II.

Respuesta

D · 0,01
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 12,98

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 = 240/6 = 40

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 1² + 12² + 2² + 2² + (−25)² + 8² = 842

Desviación típica

s = √(842/5) = 12,98

Respuesta

s = 12,98
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 = (470 − 500)/60 = −0,5

Respuesta

z = −0,5
5.Probabilidad

Respuesta: σ = 2,234

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 = 0·0,25 + 2·0,3 + 4·0,2 + 6·0,25 = 2,9

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,25 + 4·0,3 + 16·0,2 + 36·0,25 = 13,4

Varianza

Var(X) = 13,4 − 2,9² = 4,99
σ = √4,99 = 2,234

Respuesta

σ = 2,234
6.Probabilidad

Respuesta: σY = 10,23

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.

Dispersión de X

μ = 2,9, Var(X) = 4,19, σX = 2,047

Cambio lineal

σY = |5|·2,047 = 10,23

Respuesta

σY = 10,23

La media sí se desplaza: E(Y) = 5·2,9 + 10 = 24,5.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,6554

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 = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm

Tipificar

z = (199,8 − 200)/0,5 = −0,4

Cola superior

P = 1 − Φ(−0,4) = 1 − 0,3446 = 0,6554

Respuesta

P = 0,6554
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Tipificar

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilidad

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Respuesta

P = 0,7389
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = 0,003936

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 = 2,571

Margen de error

E = 2,571·10/√6 = 10,5

Intervalo

10,5 ± 10,5 → [0,003936, 21]

Respuesta

límite inferior = 0,003936
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 62

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.

Despejar n

n = (1,96·16/4)² = 61,47

Redondear hacia arriba

El tamaño muestral es un número entero, y redondear hacia abajo haría el margen demasiado grande.

n = 62

Respuesta

n = 62
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: p = 0,2119

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 = 20/√25 = 4
z = (253,2 − 250)/4 = 0,8

Área de la cola

Φ(0,8) = 0,7881
1 − Φ(0,8) = 0,2119

p-valor

p = 0,2119

Respuesta

p = 0,2119

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

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: L = 98,09

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 = 1,645·5/√81 = 0,9139

Límite del intervalo

L = 99 − 0,9139 = 98,09

Respuesta

L = 98,09
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9923

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 = 48/6 = 8
ȳ = 530/6 = 88,33

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 392
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2229

Coeficiente de correlación

r = 392/√(70·2229) = 0,9923

Respuesta

r = 0,9923
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 5,51

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 377/6 = 62,83

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 88,5

Recta de regresión

b = 88,5/17,5 = 5,057
a = 62,83 − 5,057·3,5 = 45,13
ŷ = 45,13 + 5,057·x

Despeja x

x = (73 − 45,13)/5,057 = 5,51

Respuesta

x = 5,51
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 7,278

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: 120·36/240 = 18, 120·96/240 = 48, 120·108/240 = 54
turno de noche: 120·36/240 = 18, 120·96/240 = 48, 120·108/240 = 54

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (22 − 18)²/18 + (38 − 48)²/48 + (60 − 54)²/54 + (14 − 18)²/18 + (58 − 48)²/48 + (48 − 54)²/54
χ² = 7,278

Respuesta

χ² = 7,278

gl = 2. Con α = 0,05 el valor crítico es 5,991, así que H₀ (independencia) 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 = 6 − 1 = 5

Respuesta

df = 5

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