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 compara la agresividad de los niños antes y después de la llegada de la televisión a un pueblo remoto. El investigador no controló la llegada de la televisión. Es:

  1. AUn experimento de laboratorio
  2. BUn experimento natural
  3. CUn experimento de campo
  4. DUna encuesta correlacional sobre el consumo de televisión
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un ANOVA de un factor que compara cuatro grupos es significativo. ¿Qué debe hacer después el investigador para saber qué grupos difieren?

  1. ARealizar una prueba chi cuadrado sobre las medias
  2. BConcluir que los cuatro grupos difieren entre sí
  3. CPresentar el resultado como una correlación
  4. DRealizar pruebas post hoc como la HSD de Tukey
3.Estadística descriptivaMedia
30354045

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 42, 28, 45, 41, 49, 27, 30.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 50 y desviación típica 12. Calcula la puntuación z z de una nota de 65.

μ = 50σ = 12x = 65
z =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,110,220,130,340,3μ = 2,5

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,1, 0,2, 0,1, 0,3, 0,3
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
n = 10, p = 0,2: P(X = 5) = ?k012345678910

Un examen tiene 10 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,2, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 5?

n = 10p = 0,2k = 5
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,9109

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,9109. Halla z con dos decimales.

A = 0,9109
z =
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 = 15, s = 7,5L = ?Ux̄ = 26,5E99%

Una muestra de 15 elementos tiene media 26,5 y desviación típica s = 7,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite inferior del intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 15x̄ = 26,5s = 7,599%t(14) = 2,977
límite inferior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 13, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1,595%

La desviación típica poblacional es 13. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 1,5?

σ = 13E = 1,595%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−1,961,96z = ?

Dos líneas de producción fabrican la misma pieza. Línea 1: una muestra de 80 piezas tiene una longitud media de 102,5 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 18 mm. Línea 2: una muestra de 60 piezas tiene una media de 107,4 mm, con desviación típica conocida de 11 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 80x̄₁ = 102,5 mmσ₁ = 18 mmn₂ = 60x̄₂ = 107,4 mmσ₂ = 11 mm
z =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
μ₀x̄c

Se hace un contraste z unilateral de H₀: μ = 80 frente a H₁: μ > 80 con α = 0,05 y una muestra de 36; se sabe que la desviación típica es 9. En realidad la media es 83. Halla la potencia 1 − β del contraste en porcentaje.

μ₀ = 80μ = 83σ = 9n = 36α = 0,05
1 − β = %
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy34556076497911841399xy5106080100

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 6
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy122222319414514xy241520x = 3,5

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Se hace una nueva observación (3,5, 14). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 5(3,5, 14)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día2694479turno de noche44222086Total703164165

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, leve».

total de fila = 86total de columna = 31N = 165
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

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). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

k = 9
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · Un experimento natural

Por qué esta es la respuesta

En un experimento natural, la VI varía por acontecimientos fuera del control del investigador. La validez ecológica es alta, pero la asignación aleatoria no es posible.

Respuesta

B · Un experimento natural
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · Realizar pruebas post hoc como la HSD de Tukey

Por qué esta es la respuesta

Una F significativa muestra que no todas las medias son iguales. Las pruebas post hoc o los contrastes planificados identifican qué pares difieren, controlando la tasa de error.

Respuesta

D · Realizar pruebas post hoc como la HSD de Tukey
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 8,923

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 = 262/7 = 37,43

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 4,571² + (−9,429)² + 7,571² + 3,571² + 11,57² + (−10,43)² + (−7,429)² = 477,7

Desviación típica

s = √(477,7/6) = 8,923

Respuesta

s = 8,923
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = 1,25

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 = (65 − 50)/12 = 1,25

Respuesta

z = 1,25
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 1,85

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 = 0·0,1 + 1·0,2 + 2·0,1 + 3·0,3 + 4·0,3 = 2,5

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,1 + 1·0,2 + 4·0,1 + 9·0,3 + 16·0,3 = 8,1

Varianza

Var(X) = 8,1 − 2,5² = 1,85

Respuesta

Var(X) = 1,85
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,02642

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.

Fórmula binomial

P(X = 5) = 252·0,25·0,85 = 252·0,00032·0,3277 = 0,02642

Respuesta

P = 0,02642
7.Distribución normal

Respuesta: z = 1,7

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 de z

Φ(z) = (1 + 0,9109)/2 = 0,9554

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,9554 dentro de la tabla y lee z.

z = 1,70

Respuesta

z = 1,70
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 inferior = 20,74

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 = 14, t = 2,977

Margen de error

E = 2,977·7,5/√15 = 5,765

Intervalo

26,5 ± 5,765 → [20,74, 32,26]

Respuesta

límite inferior = 20,74
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 289

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 = (1,96·13/1,5)² = 288,5

Redondear hacia arriba

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

n = 289

Respuesta

n = 289
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −1,989

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.

Error típico de la diferencia

SE = √(18²/80 + 11²/60) = √6,067 = 2,463

Estadístico de contraste

z = (102,5 − 107,4)/2,463 = −1,989

Respuesta

z = −1,989

|z| > 1,96, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: 1 − β = 63,87 %

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 = 9/√36 = 1,5
x̄c = 80 + 1,645·1,5 = 82,47

z con la media verdadera

z = (82,47 − 83)/1,5 = −0,355

Potencia

potencia = P(Z > −0,355) = 63,87%
1 − β = 63,87%

Respuesta

1 − β = 63,87%
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9795

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 = 431/6 = 71,83

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 357
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1859

Coeficiente de determinación

r² = 357²/(70·1859) = 0,9795

Respuesta

r² = 0,9795

Aproximadamente el 97,95 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = −3

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 = 91/5 = 18,2

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −24

Recta de regresión

b = −24/10 = −2,4
a = 18,2 − (−2,4)·3 = 25,4
ŷ = 25,4 − 2,4·x

Valor predicho

ŷ = 25,4 + (−2,4)·3,5 = 17

Residuo

e = 14 − 17 = −3

Respuesta

e = −3

El punto está por debajo de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 16,16

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 = 86·31/165 = 16,16

Respuesta

E = 16,16
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 8

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

Respuesta

df = 8

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