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

Los mismos 25 participantes hacen una prueba de memoria antes y después de tomar cafeína. Las puntuaciones son de intervalo y aproximadamente normales. ¿Qué prueba es adecuada?

  1. ALa prueba t para muestras relacionadas (emparejadas)
  2. BLa prueba chi cuadrado
  3. CLa prueba t para muestras independientes
  4. DLa prueba U de Mann-Whitney
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador mide el efecto del ruido sobre la concentración. Casualmente, los participantes de la condición con ruido se evaluaron por la mañana y los de la condición silenciosa por la tarde. ¿Cuál es el problema?

  1. ALa hora del día es la variable dependiente
  2. BLos datos son de nivel nominal
  3. CEl estudio tiene demasiadas condiciones
  4. DLa hora del día es una variable de confusión
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 57, 14, 53, 48, 26.

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 encima de 50,4?

μ = 60σ = 8x = 50,4
P =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 5azules: 5

Una bolsa tiene 5 bolas rojas y 5 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

5 / 5
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 12, p = 0,2: P(X ≤ 1) = ?k0123456789101112

Se prueban 12 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,2, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 12p = 0,2
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,8262

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,8262. Halla z con dos decimales.

A = 0,8262
z =
8.Distribución normalDifícil
0,02 mm0D − d?

Los diámetros D de los agujeros son normales con media 25,02 mm y desviación típica 0,02 mm. Los diámetros d de los ejes son independientes y normales con media 25 mm y desviación típica 0,01 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 = 25,02 mm, σ = 0,02 mmeje: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 9, sd​ = 2,90LU = ?d̄ = 4,4E90%

Se mide la tensión arterial de 9 pacientes antes y después de un tratamiento. Las diferencias d = antes − después (mmHg) tienen media 4,4 y desviación típica 2,9. Halla el límite superior del intervalo de confianza del 90 % para la diferencia media.

n = 9d̄ = 4,4sd = 2,990%t(8) = 1,86
límite superior = mmHg
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 29, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

La desviación típica poblacional es 29. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 4?

σ = 29E = 495%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,1452,145t = ?df = 14

Se comparan dos métodos de enseñanza. Grupo 1: 8 estudiantes, nota media 46, desviación típica 8. Grupo 2: 8 estudiantes, nota media 58, desviación típica 8. Supón varianzas poblacionales iguales y usa el contraste t de dos muestras con varianza combinada. Halla el estadístico de contraste t para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (grupo 1 menos grupo 2).

n₁ = 8x̄₁ = 46s₁ = 8n₂ = 8x̄₂ = 58s₂ = 8
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 390%

¿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 3? La desviación típica es 20. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 20E = 390%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy284126198261033xy510102030

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 5
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy24496188211025xy5101020x = 7

La tabla da 5 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 = 7.

n = 5x = 7
ŷ =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
bajomedioaltoTotalurbano2825861rural20141650Total483924111

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

total de fila = 61total de columna = 48N = 111
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste comprueba si las frecuencias en 6 categorías siguen una distribución de Poisson cuya media se estima a partir de los mismos datos. ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

k = 6
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · La prueba t para muestras relacionadas (emparejadas)

Por qué esta es la respuesta

Una prueba t para muestras relacionadas compara las medias de los mismos participantes en dos condiciones, usando las diferencias dentro de cada persona.

Respuesta

A · La prueba t para muestras relacionadas (emparejadas)
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · La hora del día es una variable de confusión

Por qué esta es la respuesta

Como el ruido y la hora de evaluación varían juntos, cualquier diferencia podría deberse a cualquiera de los dos. Asignar al azar las horas de evaluación o mantener constante la hora eliminaría la confusión.

Respuesta

D · La hora del día es una variable de confusión
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 18,66

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 = 198/5 = 39,6

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 17,4² + (−25,6)² + 13,4² + 8,4² + (−13,6)² = 1393

Desviación típica

s = √(1393/4) = 18,66

Respuesta

s = 18,66
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,8849

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 = −1,2

Tabla de la normal estándar

Φ(−1,2) = 0,1151
P = 1 − 0,1151 = 0,8849

Respuesta

P = 0,8849
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,2222

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 = 5/10 · 4/9 = 20/90 = 0,2222

Respuesta

P = 0,2222
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,2749

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) = 0,812 = 0,06872
P(X = 1) = 12·0,2·0,811 = 0,2062

Súmalas

P = 0,06872 + 0,2062 = 0,2749

Respuesta

P = 0,2749
7.Distribución normal

Respuesta: z = 1,36

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 + 0,8262)/2 = 0,9131

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,9131 dentro de la tabla y lee z.

z = 1,36

Respuesta

z = 1,36
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,8133

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 = 25,02 − 25 = 0,02 mm, σ = 0,02236 mm

Tipificar

z = (0 − 0,02)/0,02236 = −0,89

Probabilidad

P = 1 − Φ(−0,89) = 0,8133

Respuesta

P = 0,8133
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 6,198 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 = 1,86

Margen de error

E = 1,86·2,9/√9 = 1,798

Intervalo

4,4 ± 1,798 → [2,602, 6,198]

Respuesta

límite superior = 6,198 mmHg
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 202

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 = (1,96·29/4)² = 201,9

Redondear hacia arriba

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

n = 202

Respuesta

n = 202
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −3

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.

Varianza combinada

sp² = (7·8² + 7·8²)/14 = 64
sp = 8

Error típico

SE = 8·√(1/8 + 1/8) = 4

Estadístico de contraste

t = (46 − 58)/4 = −3

Respuesta

t = −3

Con gl = 14, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,145; |t| es mayor, así que se rechaza H₀.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 121

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 = (1,645·20/3)² = 120,3

Redondear hacia arriba

n = 121

Respuesta

n = 121
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9913

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 = 30/5 = 6
ȳ = 98/5 = 19,6

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 128
Syy = Σ(y − ȳ)² = 413,2

Coeficiente de determinación

r² = 128²/(40·413,2) = 0,9913

Respuesta

r² = 0,9913

Aproximadamente el 99,13 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 18,1

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 = 30/5 = 6
ȳ = 77/5 = 15,4

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 108

Recta de regresión

b = 108/40 = 2,7
a = 15,4 − 2,7·6 = −0,8
ŷ = −0,8 + 2,7·x

Predicción

ŷ = −0,8 + 2,7·7 = 18,1

Respuesta

ŷ = 18,1
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 26,38

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 = 61·48/111 = 26,38

Respuesta

E = 26,38
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: df = 4

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 = 6 − 1 − 1 = 4

Respuesta

df = 4

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