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. B0,5
  3. C3,0
  4. D1,5
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

El ejercicio reduce la depresión, y el efecto se produce porque el ejercicio mejora el sueño, que a su vez reduce la depresión. El sueño se describe mejor como:

  1. AVariable de control
  2. BMediador
  3. CVariable extraña
  4. DModerador
3.Estadística descriptivaMedia
303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 58, 30, 36, 34, 53.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 500 y desviación típica 25. Calcula la puntuación z z de una nota de 537,5.

μ = 500σ = 25x = 537,5
z =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,3520,0540,3560,25μ = 3

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

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,35, 0,05, 0,35, 0,25
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
n = 8, p = 0,5: P(X = 4) = ?k012345678

Un examen tiene 8 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,5, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 4?

n = 8p = 0,5k = 4
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,8029

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,8029. Halla z con dos decimales.

A = 0,8029
z =
8.Distribución normalDifícil
35455565758595puntossuperior 85%

Para las notas de un examen, la distribución es normal, con media 65 puntos y desviación típica 10 puntos. Arrastra el punto de corte para que el 85 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 65 puntosσ = 10 puntos85%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
μ₁ − μ₂0LU = ?x̄₁ − x̄₂E99%

Se compara la duración de la batería de dos modelos de móvil. Modelo 1: 80 móviles, media 127,5 h, desviación típica conocida 5 h. Modelo 2: 50 móviles, media 142 h, desviación típica conocida 19 h. Halla el límite superior del intervalo de confianza del 99 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 80x̄₁ = 127,5 hσ₁ = 5 hn₂ = 50x̄₂ = 142 hσ₂ = 19 h99%
límite superior = h
10.Intervalos de confianzaDifícil
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0490%

No se sabe nada de antemano sobre la proporción de productos defectuosos. ¿Cuántos productos n hay que inspeccionar para que un intervalo de confianza del 90 % para la proporción tenga un margen de error de como máximo 0,04?

p = 0,5E = 0,0490%
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 40 piezas tiene una longitud media de 87 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 14 mm. Línea 2: una muestra de 50 piezas tiene una media de 91,3 mm, con desviación típica conocida de 6 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 40x̄₁ = 87 mmσ₁ = 14 mmn₂ = 50x̄₂ = 91,3 mmσ₂ = 6 mm
z =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
−1,961,96z = ?

En un ensayo se recuperan 175 de 250 pacientes con el tratamiento A y 219 de 300 pacientes con el tratamiento B. Usando la proporción combinada, halla el estadístico de contraste z para H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 175n₁ = 250x₂ = 219n₂ = 300
z =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy362466566680786883xy4687080

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 6Σx = 33Σy = 443Σx² = 199Σy² = 33241Σxy = 2526
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy254961281410171221xy5105101520x = 9

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Predice ŷ para x = 9.

n = 6x = 9
ŷ =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día413427102turno de noche414229112Total827656214

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, grave».

total de fila = 112total de columna = 56N = 214
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
sínoTotalplanta A4555100planta B493180planta C501060Total14496240dfα = 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 · 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: B · Mediador

Por qué esta es la respuesta

Un mediador se sitúa en la vía causal entre el predictor y el resultado y explica cómo o por qué se produce el efecto.

Respuesta

B · Mediador
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 12,46

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 = 211/5 = 42,2

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 15,8² + (−12,2)² + (−6,2)² + (−8,2)² + 10,8² = 620,8

Desviación típica

s = √(620,8/4) = 12,46

Respuesta

s = 12,46
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = 1,5

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 = (537,5 − 500)/25 = 1,5

Respuesta

z = 1,5
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 5,8

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 = 0·0,35 + 2·0,05 + 4·0,35 + 6·0,25 = 3

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,35 + 4·0,05 + 16·0,35 + 36·0,25 = 14,8

Varianza

Var(X) = 14,8 − 3² = 5,8

Respuesta

Var(X) = 5,8
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,2734

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) = 70·0,54·0,54 = 70·0,0625·0,0625 = 0,2734

Respuesta

P = 0,2734
7.Distribución normal

Respuesta: z = 1,29

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 + 0,8029)/2 = 0,9015

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,9015 dentro de la tabla y lee z.

z = 1,29

Respuesta

z = 1,29
8.Distribución normal

Respuesta: x = 54,6 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) = 0,15

z según la tabla

z ≈ −1,04

De vuelta a las unidades originales

x = 65 − 1,04·10 = 54,6 puntos

Respuesta

x = 54,6 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = −7,43 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 = 127,5 − 142 = −14,5

Error típico

SE = √(5²/80 + 19²/50) = 2,745

Margen de error

E = 2,576·2,745 = 7,07

Intervalo

−14,5 ± 7,07 → [−21,57, −7,43]

Respuesta

límite superior = −7,43 h

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

10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 423

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 = 1,645²·0,5·0,5/0,04² = 422,8

Redondear hacia arriba

n = 423

Respuesta

n = 423
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −1,814

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 = √(14²/40 + 6²/50) = √5,62 = 2,371

Estadístico de contraste

z = (87 − 91,3)/2,371 = −1,814

Respuesta

z = −1,814

|z| < 1.96, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −0,7772

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.

Proporciones muestrales

p̂₁ = 175/250 = 0,7
p̂₂ = 219/300 = 0,73
p̂ = 394/550 = 0,7164

Error típico bajo H₀

SE = √(0,7164·0,2836·(1/250 + 1/300)) = 0,0386

Estadístico de contraste

z = (0,7 − 0,73)/0,0386 = −0,7772

Respuesta

z = −0,7772

|z| < 1.96, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9268

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 = 2526 − 33·443/6 = 89,5
Sxx = 199 − 33²/6 = 17,5
Syy = 33241 − 443²/6 = 532,8

Coeficiente de correlación

r = 89,5/√(17,5·532,8) = 0,9268

Respuesta

r = 0,9268
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 16,03

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 = 78/6 = 13

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 106

Recta de regresión

b = 106/70 = 1,514
a = 13 − 1,514·7 = 2,4
ŷ = 2,4 + 1,514·x

Predicción

ŷ = 2,4 + 1,514·9 = 16,03

Respuesta

ŷ = 16,03
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 29,31

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 = 112·56/214 = 29,31

Respuesta

E = 29,31
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 23,04

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: 60, 40
planta B: 48, 32
planta C: 36, 24

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (45 − 60)²/60 + (55 − 40)²/40 + (49 − 48)²/48 + (31 − 32)²/32 + (50 − 36)²/36 + (10 − 24)²/24
χ² = 23,04

Decisión

df = 2, χ²crit = 9,210
23,04 > 9,210

Respuesta

χ² = 23,04

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

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