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 con asimetría positiva, como los ingresos:

  1. ANo hay puntuaciones extremas
  2. BLa media es menor que la mediana
  3. CLa media y la mediana son siempre iguales
  4. DLa media es mayor que la mediana
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. ALa correlación debe ser un error de cálculo
  2. BEl calor aumenta tanto las ventas de helados como el baño
  3. CLos helados causan ahogamientos
  4. DLos ahogamientos aumentan las ventas de helados
3.Estadística descriptivaMedia
2025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 18, 48, 29, 57, 52, 38.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 170 y desviación típica 5. Calcula la puntuación z z de una nota de 172.

μ = 170σ = 5x = 172
z =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 4azules: 9

Una bolsa tiene 4 bolas rojas y 9 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

4 / 9
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 5, p = 0,3: P(X ≤ 1) = ?k012345

Se prueban 5 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,3, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 5p = 0,3
P =
7.Distribución normalMedia
244257,5P = ?

Supón que los pesos de las bolsas siguen una distribución normal con media 250 g y desviación típica 5 g. ¿Qué fracción está entre 244 y 257,5 g? Da P como número decimal.

μ = 250σ = 5x1 = 244x2 = 257,5
P =
8.Distribución normalDifícil
557085100115130145puntossuperior 80%

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 80 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 100 puntosσ = 15 puntos80%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 20, s = 17,5LUx̄ = 24E = ?95%

Una muestra de 20 elementos tiene media 24 y desviación típica s = 17,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el margen de error E de un intervalo de confianza del 95 % para la media.

n = 20x̄ = 24s = 17,595%t(19) = 2,093
E =
10.Intervalos de confianzaDifícil
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0199%

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 99 % para la proporción tenga un margen de error de como máximo 0,01?

p = 0,5E = 0,0199%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
2,24p = ?

Se afirma que la media de una población es 80; se sabe que la desviación típica poblacional es 8. Una muestra aleatoria de 64 observaciones tiene una media de 82,24. Contrasta H₀: μ = 80 frente a H₁: μ > 80. Halla el p-valor p.

μ₀ = 80σ = 8n = 64x̄ = 82,24H₁: μ > μ₀
p =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −1,64501,645

Una muestra de 36 medidas tiene media 116,2. La desviación típica poblacional es 10. Calcula el límite superior U del intervalo de confianza del 90 % para la media.

x̄ = 116,2σ = 10n = 3690%
U =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy34956677999411107xy5106080100

La tabla da 5 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 = 5Σx = 35Σy = 395Σx² = 285Σy² = 33283Σxy = 3053
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy1753207823892610129119xy20253050100x = 18,5

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Predice ŷ para x = 18,5.

n = 5x = 18,5
ŷ =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
autobúsbicicletacocheTotalestudiantes162579120personal20291160Total365490180

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 = 1802 × 3
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

Se realiza una prueba de chi cuadrado de independencia sobre una tabla de contingencia con 3 filas y 6 columnas (sin contar los totales). Con la tabla, halla el valor crítico χ²crit para el nivel de significación α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · La media es mayor que la mediana

Por qué esta es la respuesta

Unos pocos valores muy altos en la cola derecha elevan la media por encima de la mediana; por eso suele darse la mediana en los datos asimétricos.

Respuesta

D · La media es mayor que la mediana
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · 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

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

Respuesta: s = 14,87

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 = 242/6 = 40,33

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−22,33)² + 7,667² + (−11,33)² + 16,67² + 11,67² + (−2,333)² = 1105

Desviación típica

s = √(1105/5) = 14,87

Respuesta

s = 14,87
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = 0,4

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 = (172 − 170)/5 = 0,4

Respuesta

z = 0,4
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,07692

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 = 4/13 · 3/12 = 12/156 = 0,07692

Respuesta

P = 0,07692
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,5282

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) = 0,75 = 0,1681
P(X = 1) = 5·0,3·0,74 = 0,3601

Súmalas

P = 0,1681 + 0,3601 = 0,5282

Respuesta

P = 0,5282
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,8181

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 = (244 − 250)/5 = −1,2
z₂ = (257,5 − 250)/5 = 1,5

Área entre ambos valores

P = Φ(1,5) − Φ(−1,2) = 0,9332 − 0,1151 = 0,8181

Respuesta

P = 0,8181
8.Distribución normal

Respuesta: x = 87,4 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) = 0,2

z según la tabla

z ≈ −0,84

De vuelta a las unidades originales

x = 100 − 0,84·15 = 87,4 puntos

Respuesta

x = 87,4 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 8,19

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 = 19, t = 2,093

Margen de error

E = 2,093·17,5/√20 = 8,19

Respuesta

E = 8,19
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 16590

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 = 2,576²·0,5·0,5/0,01² = 16589

Redondear hacia arriba

n = 16590

Respuesta

n = 16590
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: p = 0,01255

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 = 8/√64 = 1
z = (82,24 − 80)/1 = 2,24

Área de la cola

Φ(2,24) = 0,9875
1 − Φ(2,24) = 0,0125

p-valor

p = 0,01255

Respuesta

p = 0,01255

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

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: U = 118,9

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 = 1,645·10/√36 = 2,742

Límite del intervalo

U = 116,2 + 2,742 = 118,9

Respuesta

U = 118,9
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9989

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 = 3053 − 35·395/5 = 288
Sxx = 285 − 35²/5 = 40
Syy = 33283 − 395²/5 = 2078

Coeficiente de correlación

r = 288/√(40·2078) = 0,9989

Respuesta

r = 0,9989
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 64,75

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 = 115/5 = 23
ȳ = 440/5 = 88

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 465

Recta de regresión

b = 465/90 = 5,167
a = 88 − 5,167·23 = −30,83
ŷ = −30,83 + 5,167·x

Predicción

ŷ = −30,83 + 5,167·18,5 = 64,75

Respuesta

ŷ = 64,75
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 36,13

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

estudiantes: 120·36/180 = 24, 120·54/180 = 36, 120·90/180 = 60
personal: 60·36/180 = 12, 60·54/180 = 18, 60·90/180 = 30

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (16 − 24)²/24 + (25 − 36)²/36 + (79 − 60)²/60 + (20 − 12)²/12 + (29 − 18)²/18 + (11 − 30)²/30
χ² = 36,13

Respuesta

χ² = 36,13

gl = 2. Con α = 0,05 el valor crítico es 5,991, así que H₀ (independencia) se rechaza.

16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ²crit = 23,21

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 = (3 − 1)·(6 − 1) = 10

Tabla

χ²crit(df = 10, α = 0,01) = 23,209

Respuesta

χ²crit = 23,209

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

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