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 estudiante obtiene 130 en una prueba con media 100 y desviación típica 15. ¿Cuál es su puntuación z?

  1. A2,0
  2. B3,0
  3. C0,5
  4. D1,5
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador encuentra que las ventas de helados y las muertes por ahogamiento están correlacionadas positivamente. ¿Qué explicación es más plausible?

  1. ALos ahogamientos aumentan las ventas de helados
  2. BLos helados causan ahogamientos
  3. CLa correlación debe ser un error de cálculo
  4. DEl calor aumenta tanto las ventas de helados como el baño
3.Estadística descriptivaMedia
20253035404550

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 21, 41, 29, 39, 53, 16, 35.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 170 y desviación típica 15. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 185?

μ = 170σ = 15x = 185
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)10,320,0530,340,35μ = 2,7

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

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,05, 0,3, 0,35
σ =
6.ProbabilidadDifícil
n = 12, p = 0,7: P(X ≤ 1) = ?k0123456789101112

Se prueban 12 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,7, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 12p = 0,7
P =
7.Distribución normalMedia
454540P = ?

Supón que las duraciones de las baterías siguen una distribución normal con media 500 h y desviación típica 40 h. ¿Qué fracción está entre 454 y 540 h? Da P como número decimal.

μ = 500σ = 40x1 = 454x2 = 540
P =
8.Distribución normalDifícil
557085100115130145puntossuperior 5%

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 5 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 100 puntosσ = 15 puntos5%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
x̄E₁ = 2,290%, n = 25x̄E₂ = ?95%, n = 25

Un intervalo de confianza del 90 % para una media, basado en 25 observaciones y una σ conocida, tiene un margen de error de 2,2. ¿Cuál es el margen de error E₂ de un intervalo del 95 % con los mismos datos?

90%n₁ = 25E₁ = 2,295%
E₂ =
10.Intervalos de confianzaDifícil
p ≈ 0,3, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,02595%

Un estudio piloto indica que aproximadamente 0,3 de los productos son defectuosos. ¿Cuántos productos n hay que inspeccionar para que un intervalo de confianza del 95 % para la proporción tenga un margen de error de como máximo 0,025?

p ≈ 0,3E = 0,02595%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,2282,228t = ?df = 10

11 empleados hacen una prueba de mecanografía antes y después de un curso de formación. Para cada persona se registra la diferencia d = después − antes (palabras por minuto). La diferencia media es −0,63 y la desviación típica de las diferencias es 1,4. Halla el estadístico del contraste para datos emparejados t para H₀: μd = 0.

n = 11d̄ = −0,63sd = 1,4
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −2,57602,576

Una muestra de 36 medidas tiene media 80. La desviación típica poblacional es 12. Calcula el límite inferior L del intervalo de confianza del 99 % para la media.

x̄ = 80σ = 12n = 3699%
L =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy1551185521632487278730105xy152025306080100

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 6
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy17741978219323992511427130xy202580100120x = 18

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Se hace una nueva observación (18, 79). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(18, 79)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
tossin tosTotalfumadores342660no fumadores7030100Total10456160

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 = 1602 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste comprueba si las frecuencias en 4 categorías siguen una distribución de Poisson cuya media se estima a partir de los mismos datos. ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

k = 4
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · 2,0

Por qué esta es la respuesta

(130 − 100) / 15 = 2. La puntuación está dos desviaciones típicas por encima de la media, por encima de aproximadamente el 97–98% de las personas.

Respuesta

A · 2,0
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · El calor aumenta tanto las ventas de helados como el baño

Por qué esta es la respuesta

Una tercera variable, la temperatura, causa ambas cosas. Esto ilustra por qué la correlación por sí sola no puede demostrar causalidad.

Respuesta

D · El calor aumenta tanto las ventas de helados como el baño
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 12,59

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 = 234/7 = 33,43

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−12,43)² + 7,571² + (−4,429)² + 5,571² + 19,57² + (−17,43)² + 1,571² = 951,7

Desviación típica

s = √(951,7/6) = 12,59

Respuesta

s = 12,59
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,1587

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

Tabla de la normal estándar

Φ(1) = 0,8413
P = 1 − 0,8413 = 0,1587

Respuesta

P = 0,1587
5.Probabilidad

Respuesta: σ = 1,229

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 + 2·0,05 + 3·0,3 + 4·0,35 = 2,7

Media de los cuadrados

E(X²) = 1·0,3 + 4·0,05 + 9·0,3 + 16·0,35 = 8,8

Varianza

Var(X) = 8,8 − 2,7² = 1,51
σ = √1,51 = 1,229

Respuesta

σ = 1,229
6.Probabilidad

Respuesta: P = 1,541 × 10⁻⁵

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) = 0,312 = 5,314 × 10⁻⁷
P(X = 1) = 12·0,7·0,311 = 1,488 × 10⁻⁵

Súmalas

P = 5,314 × 10⁻⁷ + 1,488 × 10⁻⁵ = 1,541 × 10⁻⁵

Respuesta

P = 1,541 × 10⁻⁵
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,7163

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 = (454 − 500)/40 = −1,15
z₂ = (540 − 500)/40 = 1

Área entre ambos valores

P = Φ(1) − Φ(−1,15) = 0,8413 − 0,1251 = 0,7163

Respuesta

P = 0,7163
8.Distribución normal

Respuesta: x = 124,6 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) = 0,95

z según la tabla

z ≈ 1,64

De vuelta a las unidades originales

x = 100 + 1,64·15 = 124,6 puntos

Respuesta

x = 124,6 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E₂ = 2,621

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Relación de márgenes

E₂/E₁ = (1,96/1,645)·√(25/25) = 1,191

Nuevo margen

E₂ = 2,2·1,191 = 2,621

Respuesta

E₂ = 2,621
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 1291

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 = 1,96²·0,3·0,7/0,025² = 1291

Redondear hacia arriba

n = 1291

Respuesta

n = 1291
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −1,492

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Error típico de la diferencia media

SE = 1,4/√11 = 0,4221

Estadístico de contraste

t = −0,63/0,4221 = −1,492

Respuesta

t = −1,492

Con gl = 10, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,228; |t| es menor, así que no se rechaza H₀.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: L = 74,85

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 = 2,576·12/√36 = 5,152

Límite del intervalo

L = 80 − 5,152 = 74,85

Respuesta

L = 74,85
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9417

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 = 135/6 = 22,5
ȳ = 448/6 = 74,67

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 585
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2307

Coeficiente de determinación

r² = 585²/(157,5·2307) = 0,9417

Respuesta

r² = 0,9417

Aproximadamente el 94,17 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = 3,514

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 = 132/6 = 22
ȳ = 588/6 = 98

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 394

Recta de regresión

b = 394/70 = 5,629
a = 98 − 5,629·22 = −25,83
ŷ = −25,83 + 5,629·x

Valor predicho

ŷ = −25,83 + 5,629·18 = 75,49

Residuo

e = 79 − 75,49 = 3,514

Respuesta

e = 3,514

El punto está por encima de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 2,93

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

fumadores: 60·104/160 = 39, 60·56/160 = 21
no fumadores: 100·104/160 = 65, 100·56/160 = 35

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (34 − 39)²/39 + (26 − 21)²/21 + (70 − 65)²/65 + (30 − 35)²/35
χ² = 2,93

Respuesta

χ² = 2,93

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 = 2

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 = 4 − 1 − 1 = 2

Respuesta

df = 2

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