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 valor p de 0,03 significa:

  1. ADados los datos observados, solo hay un 3% de probabilidad de que la hipótesis nula sea cierta
  2. BEl resultado se replicará el 97% de las veces
  3. CEl efecto es grande
  4. DSi la hipótesis nula fuera cierta, datos tan extremos aparecerían alrededor del 3% de las veces
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador realiza cinco pruebas t y quiere mantener la tasa global de error de tipo I en 0,05 con la corrección de Bonferroni. ¿Qué nivel de significación debe usar cada prueba?

  1. A0,01
  2. B0,05
  3. C0,25
  4. D0,025
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 20, 40, 44, 13, 12.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 60 y desviación típica 8. ¿Qué proporción P de valores está por debajo de 64,8?

μ = 60σ = 8x = 64,8
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,2510,2520,1530,140,25μ = 1,85

Para la distribución mostrada, halla la desviación típica σ de X.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,25, 0,25, 0,15, 0,1, 0,25
σ =
6.ProbabilidadDifícil
€p(x)−10,6820,390,02

Jugar una partida cuesta 1 €. Ganas 3 € con probabilidad 0,3 y 10 € 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€3: p = 0,3€10: p = 0,02
E(G) = €
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,8444

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,8444. Halla z con dos decimales.

A = 0,8444
z =
8.Distribución normalDifícil
4 s0X − Y?

El tiempo por vuelta X del corredor A y el tiempo por vuelta Y del corredor B son independientes y normales: X tiene media 52 s y desviación típica 4 s, Y tiene media 48 s y desviación típica 3 s. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.

μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 9, sd​ = 4,30L = ?Ud̄ = 5,3E95%

Se mide la tensión arterial de 9 pacientes antes y después de un tratamiento. Las diferencias d = antes − después (mmHg) tienen media 5,3 y desviación típica 4,3. Halla el límite inferior del intervalo de confianza del 95 % para la diferencia media.

n = 9d̄ = 5,3sd = 4,395%t(8) = 2,306
límite inferior = mmHg
10.Intervalos de confianzaDifícil
n = 10σ = ?Us = 8,795%

Los diámetros de 10 ejes mecanizados tienen una desviación típica muestral de 8,7 µm. Suponiendo que los diámetros siguen una distribución normal, halla el límite inferior σ del intervalo de confianza del 95 % para la desviación típica poblacional. Con gl = 9, el 2,5 % de la distribución χ² queda por debajo de 2,7 y el 2,5 % queda por encima de 19,023.

n = 10s = 8,7 µmχ² = 2,7, 19,023
σ = µm
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,1792,179t = ?df = 12

13 empleados hacen una prueba de mecanografía antes y después de un curso de formación. Para cada persona se registra la diferencia d = después − antes (palabras por minuto). La diferencia media es 5,8 y la desviación típica de las diferencias es 11. Halla el estadístico del contraste para datos emparejados t para H₀: μd = 0.

n = 13d̄ = 5,8sd = 11
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 295%

¿Qué tamaño debe tener una muestra para que el intervalo de confianza del 95 % para una media tenga un margen de error de como mucho 2? La desviación típica es 10. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 10E = 295%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy126221323420515xy24152025

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 5
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy252356465573675779xy24650607080x = 6,5

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Se hace una nueva observación (6,5, 80). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(6,5, 80)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
autobúsbicicletacocheTotalestudiantes23242370personal20311263Total435535133

La tabla de contingencia muestra las frecuencias observadas. Para una prueba de chi cuadrado de independencia, halla la frecuencia esperada E de la casilla «estudiantes, autobús».

total de fila = 70total de columna = 43N = 133
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Se realiza una prueba de chi cuadrado de independencia sobre una tabla de contingencia con 2 filas y 2 columnas (sin contar los totales). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

2 × 2
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · Si la hipótesis nula fuera cierta, datos tan extremos aparecerían alrededor del 3% de las veces

Por qué esta es la respuesta

El valor p es la probabilidad de obtener resultados al menos tan extremos como los observados si la nula fuera cierta. No da la probabilidad de que una hipótesis sea cierta ni el tamaño del efecto.

Respuesta

D · Si la hipótesis nula fuera cierta, datos tan extremos aparecerían alrededor del 3% de las veces
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · 0,01

Por qué esta es la respuesta

La corrección de Bonferroni divide α por el número de comparaciones: 0,05 / 5 = 0,01. Es sencilla pero conservadora, lo que aumenta el riesgo de errores de tipo II.

Respuesta

A · 0,01
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 15,17

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 = 129/5 = 25,8

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−5,8)² + 14,2² + 18,2² + (−12,8)² + (−13,8)² = 920,8

Desviación típica

s = √(920,8/4) = 15,17

Respuesta

s = 15,17
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,7257

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 = 0,6

Tabla de la normal estándar

Φ(0,6) = 0,7257
P = 0,7257

Respuesta

P = 0,7257
5.Probabilidad

Respuesta: σ = 1,526

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 = 0·0,25 + 1·0,25 + 2·0,15 + 3·0,1 + 4·0,25 = 1,85

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,25 + 1·0,25 + 4·0,15 + 9·0,1 + 16·0,25 = 5,75

Varianza

Var(X) = 5,75 − 1,85² = 2,327
σ = √2,327 = 1,526

Respuesta

σ = 1,526
6.Probabilidad

Respuesta: E(G) = 0,1 €

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: 2 (p = 0,3), 9 (p = 0,02), −1 (p = 0,68)

Valor esperado

E(G) = 2·0,3 + 9·0,02 − 1·0,68 = 0,1 €

Respuesta

E(G) = 0,1 €

Un valor positivo significa que ganas dinero de media.

7.Distribución normal

Respuesta: z = 1,42

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 + 0,8444)/2 = 0,9222

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,9222 dentro de la tabla y lee z.

z = 1,42

Respuesta

z = 1,42
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,7881

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 = 52 − 48 = 4 s, σ = 5 s

Tipificar

z = (0 − 4)/5 = −0,8

Probabilidad

P = 1 − Φ(−0,8) = 0,7881

Respuesta

P = 0,7881
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = 1,995 mmHg

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.

Valor crítico

df = 8, t = 2,306

Margen de error

E = 2,306·4,3/√9 = 3,305

Intervalo

5,3 ± 3,305 → [1,995, 8,605]

Respuesta

límite inferior = 1,995 mmHg
10.Intervalos de confianza

Respuesta: σ = 5,984 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 = 9·8,7² = 681,2

Límites para σ²

681,2/19,023 = 35,81
681,2/2,7 = 252,3

Límite para σ

σ = √35,81 = 5,984 µm

Respuesta

σ = 5,984 µm

Intervalo del 95 % para σ: [5,984, 15,88] µm.

11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 1,901

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Error típico de la diferencia media

SE = 11/√13 = 3,051

Estadístico de contraste

t = 5,8/3,051 = 1,901

Respuesta

t = 1,901

Con gl = 12, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,179; |t| es menor, así que no se rechaza H₀.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 97

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 = (1,96·10/2)² = 96,04

Redondear hacia arriba

n = 97

Respuesta

n = 97
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = −0,8953

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 = 105/5 = 21

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −23
Syy = Σ(y − ȳ)² = 66

Coeficiente de correlación

r = −23/√(10·66) = −0,8953

Respuesta

r = −0,8953
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = 1,905

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 = 27/6 = 4,5
ȳ = 400/6 = 66,67

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 100

Recta de regresión

b = 100/17,5 = 5,714
a = 66,67 − 5,714·4,5 = 40,95
ŷ = 40,95 + 5,714·x

Valor predicho

ŷ = 40,95 + 5,714·6,5 = 78,1

Residuo

e = 80 − 78,1 = 1,905

Respuesta

e = 1,905

El punto está por encima de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 22,63

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 = 70·43/133 = 22,63

Respuesta

E = 22,63
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 1

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 = (2 − 1)·(2 − 1) = 1

Respuesta

df = 1

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