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. AUsa la prueba estadística equivocada
  2. BRechaza una hipótesis nula que en realidad es verdadera
  3. CNo rechaza una hipótesis nula falsa
  4. DRecoge demasiados datos
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

El análisis fenomenológico interpretativo (AFI, o IPA) busca principalmente:

  1. AComprobar hipótesis causales con muestras grandes
  2. BMedir con precisión los tiempos de reacción
  3. CExplorar cómo las personas dan sentido a sus propias experiencias vividas
  4. DContar la frecuencia de las palabras en los textos
3.Estadística descriptivaMedia
15202530354045505560

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 12, 46, 60, 41, 56, 57.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 70 y desviación típica 10. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 74?

μ = 70σ = 10x = 74
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)10,0520,330,3540,3μ = 2,9

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

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,05, 0,3, 0,35, 0,3
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
n = 12, p = 0,25: P(X ≤ 1) = ?k0123456789101112

Se prueban 12 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,25, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 12p = 0,25
P =
7.Distribución normalMedia
5780P = ?

Supón que las notas de un examen siguen una distribución normal con media 65 puntos y desviación típica 10 puntos. ¿Qué fracción está entre 57 y 80 puntos? Da P como número decimal.

μ = 65σ = 10x1 = 57x2 = 80
P =
8.Distribución normalDifícil
557085100115130145puntossuperior 25%

Para las puntuaciones de CI, la distribución es normal, con media 100 puntos y desviación típica 15 puntos. Arrastra el punto de corte para que el 25 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 100 puntosσ = 15 puntos25%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 21, s = 8,5LU = ?x̄ = 46,5E99%

Una muestra de 21 elementos tiene media 46,5 y desviación típica s = 8,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 21x̄ = 46,5s = 8,599%t(20) = 2,845
límite superior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 37, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

La desviación típica poblacional es 37. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 2,5?

σ = 37E = 2,595%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,0452,045t = ?df = 29

Se comparan dos métodos de enseñanza. Grupo 1: 20 estudiantes, nota media 54,5, desviación típica 2. Grupo 2: 11 estudiantes, nota media 49,4, desviación típica 7,5. 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 = 20x̄₁ = 54,5s₁ = 2n₂ = 11x̄₂ = 49,4s₂ = 7,5
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
μ₀x̄c

Se hace un contraste z unilateral de H₀: μ = 200 frente a H₁: μ < 200 con α = 0.05 y una muestra de 100; se sabe que la desviación típica es 10. En realidad la media es 197.4. Halla la potencia 1 − β del contraste en porcentaje.

μ₀ = 200μ = 197,4σ = 10n = 100α = 0,05
1 − β = %
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy125223322420515614xy246152025

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 6Σx = 21Σy = 119Σx² = 91Σy² = 2459Σxy = 376
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy24645767088010781289xy5106080x = 5

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. Se hace una nueva observación (5, 66). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(5, 66)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
autobúsbicicletacocheTotalestudiantes44173596personal334030103Total775765199

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

total de fila = 96total de columna = 65N = 199
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
sínoTotallínea 1352560línea 26337100línea 33268100Total130130260dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

La tabla muestra las frecuencias observadas. Contrasta con α = 0,05 si las dos variables son independientes (sin corrección por continuidad). Calcula el estadístico de contraste χ² y compáralo después con el valor crítico de la tabla.

N = 2603 × 2α = 0,05
χ² =

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: C · Explorar cómo las personas dan sentido a sus propias experiencias vividas

Por qué esta es la respuesta

El AFI estudia en profundidad muestras pequeñas y homogéneas, examinando cómo interpretan los participantes experiencias importantes, mientras el investigador interpreta a su vez esa construcción de sentido.

Respuesta

C · Explorar cómo las personas dan sentido a sus propias experiencias vividas
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 17,86

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 = 272/6 = 45,33

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−33,33)² + 0,6667² + 14,67² + (−4,333)² + 10,67² + 11,67² = 1595

Desviación típica

s = √(1595/5) = 17,86

Respuesta

s = 17,86
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,3446

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 = 0,4

Tabla de la normal estándar

Φ(0,4) = 0,6554
P = 1 − 0,6554 = 0,3446

Respuesta

P = 0,3446
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 0,79

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 = 1·0,05 + 2·0,3 + 3·0,35 + 4·0,3 = 2,9

Media de los cuadrados

E(X²) = 1·0,05 + 4·0,3 + 9·0,35 + 16·0,3 = 9,2

Varianza

Var(X) = 9,2 − 2,9² = 0,79

Respuesta

Var(X) = 0,79
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,1584

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) = 0,7512 = 0,03168
P(X = 1) = 12·0,25·0,7511 = 0,1267

Súmalas

P = 0,03168 + 0,1267 = 0,1584

Respuesta

P = 0,1584
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,7213

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 = (57 − 65)/10 = −0,8
z₂ = (80 − 65)/10 = 1,5

Área entre ambos valores

P = Φ(1,5) − Φ(−0,8) = 0,9332 − 0,2119 = 0,7213

Respuesta

P = 0,7213
8.Distribución normal

Respuesta: x = 110,1 puntos

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) = 0,75

z según la tabla

z ≈ 0,67

De vuelta a las unidades originales

x = 100 + 0,67·15 = 110,1 puntos

Respuesta

x = 110,1 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 51,78

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 = 20, t = 2,845

Margen de error

E = 2,845·8,5/√21 = 5,277

Intervalo

46,5 ± 5,277 → [41,22, 51,78]

Respuesta

límite superior = 51,78
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 842

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 = (1,96·37/2,5)² = 841,5

Redondear hacia arriba

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

n = 842

Respuesta

n = 842
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 2,895

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 = (19·2² + 10·7,5²)/29 = 22,02
sp = 4,692

Error típico

SE = 4,692·√(1/20 + 1/11) = 1,761

Estadístico de contraste

t = (54,5 − 49,4)/1,761 = 2,895

Respuesta

t = 2,895

Con gl = 29, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,045; |t| es mayor, así que se rechaza H₀.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: 1 − β = 83,02 %

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 = 10/√100 = 1
x̄c = 200 − 1,645·1 = 198,4

z con la media verdadera

z = (198,4 − 197,4)/1 = 0,955

Potencia

potencia = P(Z < 0.955) = 83.02%
1 − β = 83,02%

Respuesta

1 − β = 83,02%
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = −0,9738

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 = 376 − 21·119/6 = −40,5
Sxx = 91 − 21²/6 = 17,5
Syy = 2459 − 119²/6 = 98,83

Coeficiente de correlación

r = −40,5/√(17,5·98,83) = −0,9738

Respuesta

r = −0,9738
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = 4,229

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 = 42/6 = 7
ȳ = 420/6 = 70

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 288

Recta de regresión

b = 288/70 = 4,114
a = 70 − 4,114·7 = 41,2
ŷ = 41,2 + 4,114·x

Valor predicho

ŷ = 41,2 + 4,114·5 = 61,77

Residuo

e = 66 − 61,77 = 4,229

Respuesta

e = 4,229

El punto está por encima de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 31,36

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 = 96·65/199 = 31,36

Respuesta

E = 31,36
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 21,39

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

línea 1: 30, 30
línea 2: 50, 50
línea 3: 50, 50

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (35 − 30)²/30 + (25 − 30)²/30 + (63 − 50)²/50 + (37 − 50)²/50 + (32 − 50)²/50 + (68 − 50)²/50
χ² = 21,39

Decisión

df = 2, χ²crit = 5,991
21,39 > 5,991

Respuesta

χ² = 21,39

χ² está por encima del valor crítico, así que se rechaza H₀: las variables parecen estar relacionadas.

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