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

Unos expertos comprueban si los ítems de un examen de matemáticas abarcan todos los temas del temario. Esto evalúa:

  1. ALa validez de contenido
  2. BLa validez predictiva
  3. CLa fiabilidad test-retest
  4. DLa validez ecológica
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un estudio encuentra una correlación de r = 0,05 entre la estatura y el CI solo en jugadores profesionales de baloncesto, aunque en la población general es mayor. ¿Qué explica mejor la correlación débil?

  1. AUn efecto techo en las pruebas de CI
  2. BLa restricción del rango
  3. CLas características de la demanda
  4. DLa regresión a la media
3.Estadística descriptivaMedia
1520253035404550

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 15, 43, 48, 54, 13.

n = 5
s =
4.Estadística descriptivaDifícil
z −2−1012

Una magnitud sigue una distribución normal con media 100 y desviación típica 5. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 97,5?

μ = 100σ = 5x = 97,5
P =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 3azules: 4

Una bolsa tiene 3 bolas rojas y 4 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

3 / 4
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 9, p = 0,4: P(X = 4) = ?k0123456789

Un examen tiene 9 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,4, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 4?

n = 9p = 0,4k = 4
P =
7.Distribución normalMedia
125 kg124,4 kgT = X₁ + … + X₅?

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 5 de ellos supere 124,4 kg. Redondea z a dos decimales.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 5> 124,4 kg
P =
8.Distribución normalDifícil
μ = 65x = ?75%

Supón que las notas de un examen siguen una distribución normal con media 65 puntos y desviación típica 10 puntos. Halla el valor x por debajo del cual queda el 75 % de los datos (el percentil 75).

μ = 65σ = 10P = 75%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Se compara la duración de la batería de dos modelos de móvil. Modelo 1: 80 móviles, media 84 h, desviación típica conocida 11 h. Modelo 2: 50 móviles, media 92 h, desviación típica conocida 11 h. Halla el límite inferior del intervalo de confianza del 99 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 80x̄₁ = 84 hσ₁ = 11 hn₂ = 50x̄₂ = 92 hσ₂ = 11 h99%
límite inferior = h
10.Intervalos de confianzaDifícil
n = 25Lσ = ?s = 4,195%

Los diámetros de 25 ejes mecanizados tienen una desviación típica muestral de 4,1 µm. Suponiendo que los diámetros siguen una distribución normal, halla el límite superior σ del intervalo de confianza del 95 % para la desviación típica poblacional. Con gl = 24, el 2,5 % de la distribución χ² queda por debajo de 12,401 y el 2,5 % queda por encima de 39,364.

n = 25s = 4,1 µmχ² = 12,401, 39,364
σ = µm
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,9901,99

Una muestra de 81 estudiantes tiene una nota media de 119,4 y una desviación típica muestral de 4. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 119,4s = 4n = 81
t =
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 = 0.10 y una muestra de 64; se sabe que la desviación típica es 12. En realidad la media es 78.5. Halla la probabilidad de un error de tipo II β en porcentaje.

μ₀ = 80μ = 78,5σ = 12n = 64α = 0,10
β = %
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy2148698111016xy510051015

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
xy12422131641551268xy24610152025ŷ = 22

La tabla da 6 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. ¿Para qué valor x predice la recta ŷ = 22?

n = 6ŷ = 22
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
tossin tosTotalfumadores194160no fumadores174360Total3684120

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 = 1202 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
sínoTotalplanta A982100planta B221840planta C7228100Total19248240dfα = 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 = 0,01 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 = 2403 × 2α = 0,01
χ² =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · La validez de contenido

Por qué esta es la respuesta

La validez de contenido es el grado en que una medida abarca todos los aspectos relevantes del constructo, normalmente según el juicio de expertos.

Respuesta

A · La validez de contenido
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · La restricción del rango

Por qué esta es la respuesta

Cuando una muestra abarca solo un rango estrecho de una variable, las correlaciones en las que interviene se reducen. Todos los jugadores de baloncesto son altos, así que la estatura varía poco.

Respuesta

B · La restricción del rango
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 19,22

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 = 173/5 = 34,6

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−19,6)² + 8,4² + 13,4² + 19,4² + (−21,6)² = 1477

Desviación típica

s = √(1477/4) = 19,22

Respuesta

s = 19,22
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,6915

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 = −0,5

Tabla de la normal estándar

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 1 − 0,3085 = 0,6915

Respuesta

P = 0,6915
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,1429

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.

Primera y segunda extracción

P = 3/7 · 2/6 = 6/42 = 0,1429

Respuesta

P = 0,1429
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,2508

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 = 4) = 126·0,44·0,65 = 126·0,0256·0,07776 = 0,2508

Respuesta

P = 0,2508
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,7054

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 = 125 kg, σT = 0,5·√5 = 1,118 kg

Tipificar

z = (124,4 − 125)/1,118 = −0,54

Probabilidad

P = 1 − Φ(−0,54) = 0,7054

Respuesta

P = 0,7054
8.Distribución normal

Respuesta: x = 71,75 puntos

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.

z del percentil

Φ(z) = 0,75 → z = 0,6745

Vuelta a x

x = 65 + 0,6745·10 = 71,75 puntos

Respuesta

x = 71,75 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = −13,11 h

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.

Estimación puntual

x̄₁ − x̄₂ = 84 − 92 = −8

Error típico

SE = √(11²/80 + 11²/50) = 1,983

Margen de error

E = 2,576·1,983 = 5,108

Intervalo

−8 ± 5,108 → [−13,11, −2,892]

Respuesta

límite inferior = −13,11 h

El intervalo no contiene el 0, así que las medias difieren significativamente.

10.Intervalos de confianza

Respuesta: σ = 5,704 µm

Intervalo para una varianza: (n − 1)s²/σ² sigue una distribución χ² con n − 1 grados de libertad. El intervalo del 95 % para σ² va desde (n − 1)s² dividido entre el valor χ² superior (con el 2,5 % por encima) hasta (n − 1)s² dividido entre el valor χ² inferior (con el 2,5 % por debajo); el intervalo para σ es la raíz cuadrada de ambos límites. No es simétrico respecto a s.

Suma de cuadrados

(n − 1)s² = 24·4,1² = 403,4

Límites para σ²

403,4/39,364 = 10,25
403,4/12,401 = 32,53

Límite para σ

σ = √32,53 = 5,704 µm

Respuesta

σ = 5,704 µm

Intervalo del 95 % para σ: [3,201, 5,704] µm.

11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −1,35

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).

Error típico

SE = 4/√81 = 4/9 = 0,4444

Estadístico de contraste

t = (119,4 − 120)/0,4444 = −1,35

Respuesta

t = −1,35
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| < 1.99, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: β = 61,1 %

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 = 12/√64 = 1,5
x̄c = 80 − 1,282·1,5 = 78,08

z con la media verdadera

z = (78,08 − 78,5)/1,5 = −0,282

Error de tipo II

potencia = P(Z < −0.282) = 38.9%
β = 100% − 38,9% = 61,1%

Respuesta

β = 61,1%
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9607

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 = 45/5 = 9

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 66
Syy = Σ(y − ȳ)² = 118

Coeficiente de correlación

r = 66/√(40·118) = 0,9607

Respuesta

r = 0,9607
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 1,556

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 = 96/6 = 16

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −54

Recta de regresión

b = −54/17,5 = −3,086
a = 16 − (−3,086)·3,5 = 26,8
ŷ = 26,8 − 3,086·x

Despeja x

x = (22 − 26,8)/(−3,086) = 1,556

Respuesta

x = 1,556
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 0,1587

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: 60·36/120 = 18, 60·84/120 = 42
no fumadores: 60·36/120 = 18, 60·84/120 = 42

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (19 − 18)²/18 + (41 − 42)²/42 + (17 − 18)²/18 + (43 − 42)²/42
χ² = 0,1587

Respuesta

χ² = 0,1587

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: χ² = 39,88

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

planta A: 80, 20
planta B: 32, 8
planta C: 80, 20

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (98 − 80)²/80 + (2 − 20)²/20 + (22 − 32)²/32 + (18 − 8)²/8 + (72 − 80)²/80 + (28 − 20)²/20
χ² = 39,88

Decisión

df = 2, χ²crit = 9,210
39,88 > 9,210

Respuesta

χ² = 39,88

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

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