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 investigador quiere comprobar si existe asociación entre el género (hombre/mujer) y el género cinematográfico preferido (cuatro categorías). ¿Qué prueba es adecuada?

  1. ALa prueba chi cuadrado de independencia
  2. BLa correlación de Pearson
  3. CEl ANOVA de un factor
  4. DLa prueba t para muestras relacionadas
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador recoge datos en nueve momentos y cada vez prueba al nivel del 5% sin corrección. ¿Cuál es el problema?

  1. AEl tamaño del efecto disminuye con cada prueba
  2. BNo hay ningún problema con este enfoque
  3. CLos datos se vuelven más fiables cada vez, así que la prueba final es la más precisa
  4. DLa probabilidad de al menos un falso positivo sube muy por encima del 5%
3.Estadística descriptivaMedia
15202530354045505560

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 34, 25, 28, 55, 48, 11, 60.

n = 7
s =
4.Estadística descriptivaDifícil
z −2−1012

Una magnitud sigue una distribución normal con media 500 y desviación típica 25. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 480?

μ = 500σ = 25x = 480
P =
5.ProbabilidadMedia
n = 14k = 4N = ?

¿De cuántas formas N se puede elegir un comité de 4 personas entre un grupo de 14? El orden no importa.

n = 14k = 4
N =
6.ProbabilidadDifícil
€p(x)−30,6560,3270,05

Jugar una partida cuesta 3 €. Ganas 9 € con probabilidad 0,3 y 30 € con probabilidad 0,05; en otro caso no ganas nada. La apuesta no se devuelve. Halla la ganancia neta esperada E(G) por partida.

apuesta = €3€9: p = 0,3€30: p = 0,05
E(G) = €
7.Distribución normalMedia
200 mm199,3 mmX + Y?

X es normal con media 120 mm y desviación típica 0,3 mm; Y es independiente y normal con media 80 mm y desviación típica 0,4 mm. Halla la probabilidad P de que X + Y sea mayor que 199,3 mm. Redondea z a dos decimales.

μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 199,3 mm
P =
8.Distribución normalDifícil
0,04 mm0D − d?

Los diámetros D de los agujeros son normales con media 25,04 mm y desviación típica 0,01 mm. Los diámetros d de los ejes son independientes y normales con media 25 mm y desviación típica 0,02 mm. Un eje elegido al azar encaja cuando D − d > 0. Halla la probabilidad P de que encaje. Redondea z a dos decimales.

agujero: μ = 25,04 mm, σ = 0,01 mmeje: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 21, s = 7,5LUx̄ = 43E = ?95%

Una muestra de 21 elementos tiene media 43 y desviación típica s = 7,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el margen de error E de un intervalo de confianza del 95 % para la media.

n = 21x̄ = 43s = 7,595%t(20) = 2,086
E =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 5, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

La desviación típica poblacional es 5. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 99 % para la media tenga un margen de error de como máximo 2?

σ = 5E = 299%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −2,01102,011

Una muestra de 49 estudiantes tiene una nota media de 121,7 y una desviación típica muestral de 5. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 121,7s = 5n = 49
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −1,9601,96

Una muestra de 81 medidas tiene media 498,9. La desviación típica poblacional es 5. Calcula el límite inferior L del intervalo de confianza del 95 % para la media.

x̄ = 498,9σ = 5n = 8195%
L =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy3485607729781190xy5106080

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = gasto en publicidad en miles de € e y = ventas en miles de €. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 5Σx = 35Σy = 348Σx² = 285Σy² = 25272Σxy = 2640
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy121221316415513xy241520x = 2,5

La tabla da 5 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 (2,5, 13). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 5(2,5, 13)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
autobúsbicicletacocheTotalestudiantes15214480personal25352080Total405664160

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 = 1602 × 3
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Se realiza una prueba de chi cuadrado de independencia sobre una tabla de contingencia con 3 filas y 5 columnas (sin contar los totales). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

3 × 5
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · La prueba chi cuadrado de independencia

Por qué esta es la respuesta

La prueba chi cuadrado compara las frecuencias observadas con las esperadas en una tabla de contingencia para comprobar si dos variables categóricas están asociadas.

Respuesta

A · La prueba chi cuadrado de independencia
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · La probabilidad de al menos un falso positivo sube muy por encima del 5%

Por qué esta es la respuesta

Con nueve pruebas independientes, la probabilidad de al menos un error de tipo I es de aproximadamente 1 − 0,95⁹ ≈ 37%. Correcciones como la de Bonferroni lo resuelven.

Respuesta

D · La probabilidad de al menos un falso positivo sube muy por encima del 5%
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 17,72

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 = 261/7 = 37,29

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−3,286)² + (−12,29)² + (−9,286)² + 17,71² + 10,71² + (−26,29)² + 22,71² = 1883

Desviación típica

s = √(1883/6) = 17,72

Respuesta

s = 17,72
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,7881

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 = −0,8

Tabla de la normal estándar

Φ(−0,8) = 0,2119
P = 1 − 0,2119 = 0,7881

Respuesta

P = 0,7881
5.Probabilidad

Respuesta: N = 1001

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.

Combinaciones

C(14, 4) = (14·13·12·11)/(4·3·2·1) = 1001

Respuesta

N = 1001
6.Probabilidad

Respuesta: E(G) = 1,2 €

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: 6 (p = 0,3), 27 (p = 0,05), −3 (p = 0,65)

Valor esperado

E(G) = 6·0,3 + 27·0,05 − 3·0,65 = 1,2 €

Respuesta

E(G) = 1,2 €

Un valor positivo significa que ganas dinero de media.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9192

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 suma

μ = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm

Tipificar

z = (199,3 − 200)/0,5 = −1,4

Cola superior

P = 1 − Φ(−1,4) = 1 − 0,08076 = 0,9192

Respuesta

P = 0,9192
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9633

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 = 25,04 − 25 = 0,04 mm, σ = 0,02236 mm

Tipificar

z = (0 − 0,04)/0,02236 = −1,79

Probabilidad

P = 1 − Φ(−1,79) = 0,9633

Respuesta

P = 0,9633
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 3,414

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 = 20, t = 2,086

Margen de error

E = 2,086·7,5/√21 = 3,414

Respuesta

E = 3,414
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 42

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 = (2,576·5/2)² = 41,47

Redondear hacia arriba

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

n = 42

Respuesta

n = 42
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 2,38

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 = 5/√49 = 5/7 = 0,7143

Estadístico de contraste

t = (121,7 − 120)/0,7143 = 2,38

Respuesta

t = 2,38
t0,025; df = 48 = 2,011

|t| > 2,011, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: L = 497,8

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 = 1,96·5/√81 = 1,089

Límite del intervalo

L = 498,9 − 1,089 = 497,8

Respuesta

L = 497,8
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9948

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 = 2640 − 35·348/5 = 204
Sxx = 285 − 35²/5 = 40
Syy = 25272 − 348²/5 = 1051

Coeficiente de correlación

r = 204/√(40·1051) = 0,9948

Respuesta

r = 0,9948
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = −5,3

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 = 86/5 = 17,2

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −22

Recta de regresión

b = −22/10 = −2,2
a = 17,2 − (−2,2)·3 = 23,8
ŷ = 23,8 − 2,2·x

Valor predicho

ŷ = 23,8 + (−2,2)·2,5 = 18,3

Residuo

e = 13 − 18,3 = −5,3

Respuesta

e = −5,3

El punto está por debajo de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 15

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: 80·40/160 = 20, 80·56/160 = 28, 80·64/160 = 32
personal: 80·40/160 = 20, 80·56/160 = 28, 80·64/160 = 32

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (15 − 20)²/20 + (21 − 28)²/28 + (44 − 32)²/32 + (25 − 20)²/20 + (35 − 28)²/28 + (20 − 32)²/32
χ² = 15

Respuesta

χ² = 15

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

16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 8

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)·(5 − 1) = 8

Respuesta

df = 8

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