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

¿Por qué se operacionalizan las categorías de conducta de una observación antes de recoger los datos?

  1. APara que la observación se convierta en un experimento
  2. BPara que los participantes sepan exactamente qué se registra
  3. CPara poder cambiar la hipótesis después de ver los datos
  4. DPara que los observadores registren las mismas conductas de forma consistente, lo que mejora la fiabilidad
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador compara tres o más medias de grupo. ¿Por qué usa un ANOVA de un factor en lugar de varias pruebas t?

  1. ALas pruebas t requieren datos cualitativos
  2. BLas pruebas t no admiten números mayores que 100
  3. CVarias pruebas t inflan la tasa global de error de tipo I
  4. DEl ANOVA siempre encuentra efectos mayores que el conjunto equivalente de pruebas t
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 35, 15, 17, 18, 42, 15, 24.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 70 y desviación típica 8. Calcula la puntuación z z de una nota de 66.

μ = 70σ = 8x = 66
z =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)100,35200,3300,25400,1μ = 21

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

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,35, 0,3, 0,25, 0,1
σ =
6.ProbabilidadDifícil
€p(x)−50,89150,12450,01

Jugar una partida cuesta 5 €. Ganas 20 € con probabilidad 0,1 y 250 € con probabilidad 0,01; en otro caso no ganas nada. La apuesta no se devuelve. Halla la ganancia neta esperada E(G) por partida.

apuesta = €5€20: p = 0,1€250: p = 0,01
E(G) = €
7.Distribución normalMedia
482508P = ?

Supón que las duraciones de las baterías siguen una distribución normal con media 500 h y desviación típica 40 h. ¿Qué fracción está entre 482 y 508 h? Da P como número decimal.

μ = 500σ = 40x1 = 482x2 = 508
P =
8.Distribución normalDifícil
10 cm0X − Y?

Las alturas X de los hombres e Y de las mujeres de un grupo son independientes y normales: X tiene media 180 cm y desviación típica 10 cm, Y tiene media 170 cm y desviación típica 12 cm. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 7, s = 3LU = ?x̄ = 13,5E99%

Una muestra de 7 elementos tiene media 13,5 y desviación típica s = 3. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 7x̄ = 13,5s = 399%t(6) = 3,707
límite superior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 16, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 395%

La desviación típica poblacional es 16. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 3?

σ = 16E = 395%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,0932,093t = ?df = 19

Se comparan dos métodos de enseñanza. Grupo 1: 11 estudiantes, nota media 41, desviación típica 11,5. Grupo 2: 10 estudiantes, nota media 29,6, desviación típica 7. 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 = 11x̄₁ = 41s₁ = 11,5n₂ = 10x̄₂ = 29,6s₂ = 7
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
−1,961,96z = ?

En un ensayo se recuperan 105 de 300 pacientes con el tratamiento A y 120 de 250 pacientes con el tratamiento B. Usando la proporción combinada, halla el estadístico de contraste z para H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 105n₁ = 300x₂ = 120n₂ = 250
z =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy17411951216023682561xy202540506070

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 5
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy140350555764973xy54060x = 4

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = gasto en publicidad en miles de € e y = ventas en miles de €. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Se hace una nueva observación (4, 49). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 5(4, 49)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
autobúsbicicletacocheTotalestudiantes264153120personal10133760Total365490180

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

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 3 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 · Para que los observadores registren las mismas conductas de forma consistente, lo que mejora la fiabilidad

Por qué esta es la respuesta

Unas categorías claras y observables (por ejemplo, «golpea con la mano abierta») reducen el juicio subjetivo y aumentan la fiabilidad entre observadores.

Respuesta

D · Para que los observadores registren las mismas conductas de forma consistente, lo que mejora la fiabilidad
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · Varias pruebas t inflan la tasa global de error de tipo I

Por qué esta es la respuesta

Hacer muchas pruebas por pares multiplica la probabilidad de un falso positivo. El ANOVA prueba todos los grupos a la vez y va seguido de pruebas post hoc corregidas.

Respuesta

C · Varias pruebas t inflan la tasa global de error de tipo I
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 10,73

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 = 166/7 = 23,71

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 11,29² + (−8,714)² + (−6,714)² + (−5,714)² + 18,29² + (−8,714)² + 0,2857² = 691,4

Desviación típica

s = √(691,4/6) = 10,73

Respuesta

s = 10,73
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = −0,5

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 = (66 − 70)/8 = −0,5

Respuesta

z = −0,5
5.Probabilidad

Respuesta: σ = 9,95

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 = 10·0,35 + 20·0,3 + 30·0,25 + 40·0,1 = 21

Media de los cuadrados

E(X²) = 100·0,35 + 400·0,3 + 900·0,25 + 1600·0,1 = 540

Varianza

Var(X) = 540 − 21² = 99
σ = √99 = 9,95

Respuesta

σ = 9,95
6.Probabilidad

Respuesta: E(G) = −0,5 €

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: 15 (p = 0,1), 245 (p = 0,01), −5 (p = 0,89)

Valor esperado

E(G) = 15·0,1 + 245·0,01 − 5·0,89 = −0,5 €

Respuesta

E(G) = −0,5 €

Un valor negativo significa que pierdes dinero de media.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,2529

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 = (482 − 500)/40 = −0,45
z₂ = (508 − 500)/40 = 0,2

Área entre ambos valores

P = Φ(0,2) − Φ(−0,45) = 0,5793 − 0,3264 = 0,2529

Respuesta

P = 0,2529
8.Distribución normal

Respuesta: P = 0,7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Tipificar

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilidad

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Respuesta

P = 0,7389
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 17,7

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 = 6, t = 3,707

Margen de error

E = 3,707·3/√7 = 4,203

Intervalo

13,5 ± 4,203 → [9,297, 17,7]

Respuesta

límite superior = 17,7
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 110

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 = (1,96·16/3)² = 109,3

Redondear hacia arriba

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

n = 110

Respuesta

n = 110
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 2,708

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 = (10·11,5² + 9·7²)/19 = 92,82
sp = 9,634

Error típico

SE = 9,634·√(1/11 + 1/10) = 4,209

Estadístico de contraste

t = (41 − 29,6)/4,209 = 2,708

Respuesta

t = 2,708

Con gl = 19, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,093; |t| es mayor, así que se rechaza H₀.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −3,088

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.

Proporciones muestrales

p̂₁ = 105/300 = 0,35
p̂₂ = 120/250 = 0,48
p̂ = 225/550 = 0,4091

Error típico bajo H₀

SE = √(0,4091·0,5909·(1/300 + 1/250)) = 0,0421

Estadístico de contraste

z = (0,35 − 0,48)/0,0421 = −3,088

Respuesta

z = −3,088

|z| > 1,96, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,7472

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 = 105/5 = 21
ȳ = 281/5 = 56,2

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 114
Syy = Σ(y − ȳ)² = 434,8

Coeficiente de determinación

r² = 114²/(40·434,8) = 0,7472

Respuesta

r² = 0,7472

Aproximadamente el 74,72 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = −3,4

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 = 25/5 = 5
ȳ = 282/5 = 56,4

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 160

Recta de regresión

b = 160/40 = 4
a = 56,4 − 4·5 = 36,4
ŷ = 36,4 + 4·x

Valor predicho

ŷ = 36,4 + 4·4 = 52,4

Residuo

e = 49 − 52,4 = −3,4

Respuesta

e = −3,4

El punto está por debajo de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 5,033

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 = (26 − 24)²/24 + (41 − 36)²/36 + (53 − 60)²/60 + (10 − 12)²/12 + (13 − 18)²/18 + (37 − 30)²/30
χ² = 5,033

Respuesta

χ² = 5,033

gl = 2. Con α = 0,05 el valor crítico es 5,991, así que H₀ (independencia) no se rechaza.

16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ²crit = 5,991

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 = 2

Tabla

χ²crit(df = 2, α = 0,05) = 5,991

Respuesta

χ²crit = 5,991

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

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