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

En una distribución normal, ¿qué porcentaje aproximado de puntuaciones está a menos de una desviación típica de la media?

  1. A50%
  2. B99,7%
  3. C95%
  4. D68%
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un estudio informa de t(28) = 2,50, p = .018 para dos grupos independientes del mismo tamaño. ¿Cuántos participantes hubo?

  1. A28
  2. B30
  3. C56
  4. D29
3.Estadística descriptivaMedia
15202530354045

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 13, 34, 34, 45, 33, 48.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 70 y desviación típica 20. Calcula la puntuación z z de una nota de 82.

μ = 70σ = 20x = 82
z =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)100,2200,3300,35400,15μ = 24,5

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

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,2, 0,3, 0,35, 0,15
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
€p(x)−10,6810,3490,02

Jugar una partida cuesta 1 €. Ganas 2 € con probabilidad 0,3 y 50 € con probabilidad 0,02; en otro caso no ganas nada. La apuesta no se devuelve. Halla la ganancia neta esperada E(G) por partida.

apuesta = €1€2: p = 0,3€50: p = 0,02
E(G) = €
7.Distribución normalMedia
425 kg384,8 kgT = X₁ + … + X₅?

Las masas de pasajeros con equipaje son independientes y normales con media 85 kg y desviación típica 12 kg. Halla la probabilidad P de que la masa total de 5 de ellos sea inferior a 384,8 kg. Redondea z a dos decimales.

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 5< 384.8 kg
P =
8.Distribución normalDifícil
10 g0X − Y?

La masa X de un producto de la línea 1 e Y de la línea 2 son independientes y normales: X tiene media 500 g y desviación típica 8 g, Y tiene media 490 g y desviación típica 6 g. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 6, s = 11,5L = ?Ux̄ = 62E90%

Una muestra de 6 elementos tiene media 62 y desviación típica s = 11,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite inferior del intervalo de confianza del 90 % para la media.

n = 6x̄ = 62s = 11,590%t(5) = 2,015
límite inferior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 35, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 195%

La desviación típica poblacional es 35. ¿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?

σ = 35E = 195%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,48p = ?

Se afirma que la media de una población es 80; se sabe que la desviación típica poblacional es 15. Una muestra aleatoria de 36 observaciones tiene una media de 73,8. Contrasta H₀: μ = 80 frente a H₁: μ < 80. Halla el p-valor p.

μ₀ = 80σ = 15n = 36x̄ = 73,8H₁: μ < μ₀
p =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 15, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 190%

¿Qué tamaño debe tener una muestra para que el intervalo de confianza del 90 % para una media tenga un margen de error de como mucho 1? La desviación típica es 15. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 15E = 190%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy17321942215023562560xy202530405060

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 5Σx = 105Σy = 240Σx² = 2245Σy² = 12024Σxy = 5180
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy125219321415516611xy24610152025x = 1,5

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. Se hace una nueva observación (1,5, 26). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(1,5, 26)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
tossin tosTotalfumadores271340no fumadores5743100Total8456140

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 = 1402 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 11 categorías con proporciones esperadas totalmente especificadas (no se estima ningún parámetro a partir de los datos). Con la tabla, halla el valor crítico χ²crit para el nivel de significación α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · 68%

Por qué esta es la respuesta

Alrededor del 68% de las puntuaciones está dentro de ±1 DT, alrededor del 95% dentro de ±2 DT y alrededor del 99,7% dentro de ±3 DT.

Respuesta

D · 68%
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · 30

Por qué esta es la respuesta

Unos grados de libertad de 28 significan 28 + 2 = 30 participantes, 15 en cada grupo.

Respuesta

B · 30
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 12,31

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 = 207/6 = 34,5

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−21,5)² + (−0,5)² + (−0,5)² + 10,5² + (−1,5)² + 13,5² = 757,5

Desviación típica

s = √(757,5/5) = 12,31

Respuesta

s = 12,31
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = 0,6

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 = (82 − 70)/20 = 0,6

Respuesta

z = 0,6
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 94,75

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 = 10·0,2 + 20·0,3 + 30·0,35 + 40·0,15 = 24,5

Media de los cuadrados

E(X²) = 100·0,2 + 400·0,3 + 900·0,35 + 1600·0,15 = 695

Varianza

Var(X) = 695 − 24,5² = 94,75

Respuesta

Var(X) = 94,75
6.Probabilidad

Respuesta: E(G) = 0,6 €

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.

Resultados netos

G: 1 (p = 0,3), 49 (p = 0,02), −1 (p = 0,68)

Valor esperado

E(G) = 1·0,3 + 49·0,02 − 1·0,68 = 0,6 €

Respuesta

E(G) = 0,6 €

Un valor positivo significa que ganas dinero de media.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,06681

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 = 425 kg, σT = 12·√5 = 26,83 kg

Tipificar

z = (384,8 − 425)/26,83 = −1,5

Probabilidad

P = Φ(−1,5) = 0,06681

Respuesta

P = 0,06681
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,8413

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 de la diferencia

μ = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

Tipificar

z = (0 − 10)/10 = −1

Probabilidad

P = 1 − Φ(−1) = 0,8413

Respuesta

P = 0,8413
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = 52,54

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 = 5, t = 2,015

Margen de error

E = 2,015·11,5/√6 = 9,46

Intervalo

62 ± 9,46 → [52,54, 71,46]

Respuesta

límite inferior = 52,54
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 4706

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 = (1,96·35/1)² = 4706

Redondear hacia arriba

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

n = 4706

Respuesta

n = 4706
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: p = 0,006569

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.

Estadístico de contraste

SE = σ/√n = 15/√36 = 2,5
z = (73,8 − 80)/2,5 = −2,48

Área de la cola

Φ(2,48) = 0,9934
1 − Φ(2,48) = 0,0066

p-valor

p = 0,006569

Respuesta

p = 0,006569

p ≤ 0,05, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 %.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 609

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).

Despejar n

n = (1,645·15/1)² = 608,9

Redondear hacia arriba

n = 609

Respuesta

n = 609
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,986

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 = 5180 − 105·240/5 = 140
Sxx = 2245 − 105²/5 = 40
Syy = 12024 − 240²/5 = 504

Coeficiente de correlación

r = 140/√(40·504) = 0,986

Respuesta

r = 0,986
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = 3,31

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 = 107/6 = 17,83

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −42,5

Recta de regresión

b = −42,5/17,5 = −2,429
a = 17,83 − (−2,429)·3,5 = 26,33
ŷ = 26,33 − 2,429·x

Valor predicho

ŷ = 26,33 + (−2,429)·1,5 = 22,69

Residuo

e = 26 − 22,69 = 3,31

Respuesta

e = 3,31

El punto está por encima de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 1,313

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: 40·84/140 = 24, 40·56/140 = 16
no fumadores: 100·84/140 = 60, 100·56/140 = 40

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (27 − 24)²/24 + (13 − 16)²/16 + (57 − 60)²/60 + (43 − 40)²/40
χ² = 1,313

Respuesta

χ² = 1,313

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: χ²crit = 18,31

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.

Grados de libertad

df = 11 − 1 = 10

Tabla

χ²crit(df = 10, α = 0,05) = 18,307

Respuesta

χ²crit = 18,307

Rechaza H₀ si el χ² calculado es mayor que este valor.

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