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

¿Qué diseño usa participantes distintos en cada condición?

  1. ADiseño de pares igualados con las mismas personas
  2. BDiseño intrasujetos
  3. CDiseño de medidas repetidas
  4. DDiseño de grupos independientes
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

En los estudios de obediencia de Milgram, los participantes creían que daban descargas eléctricas reales. ¿Qué problema ético se plantea de forma más directa y cómo se abordó en parte?

  1. ALa falta de confidencialidad, abordada publicando los nombres
  2. BEl uso de niños, abordado con el consentimiento de los padres
  3. CLa falta de un grupo de control, abordada asignando aleatoriamente a los participantes a las condiciones
  4. DEl engaño y el posible malestar, abordados con un debriefing exhaustivo
3.Estadística descriptivaMedia
2530354045505560

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 30, 25, 37, 41, 55, 60.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 50 y desviación típica 20. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 40?

μ = 50σ = 20x = 40
P =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,210,220,3530,25μ = 1,65

Para la distribución mostrada, halla la varianza Var(X) de X.

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,2, 0,2, 0,35, 0,25
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
n = 12, p = 0,5: P(X = 2) = ?k0123456789101112

Un examen tiene 12 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,5, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 2?

n = 12p = 0,5k = 2
P =
7.Distribución normalMedia
340 kg304 kgT = X₁ + … + X₄?

Las masas de pasajeros con equipaje son independientes y normales con media 85 kg y desviación típica 12 kg. Halla la probabilidad P de que la masa total de 4 de ellos supere 304 kg. Redondea z a dos decimales.

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 4> 304 kg
P =
8.Distribución normalDifícil
35455565758595puntosinferior 80%

Para las notas de un examen, la distribución es normal, con media 65 puntos y desviación típica 10 puntos. Arrastra el punto de corte para que el 80 % inferior sombreado quede a su izquierda. Halla el punto de corte x.

μ = 65 puntosσ = 10 puntos80%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 6, sd​ = 4,60LUd̄ = −0,5E = ?95%

Se mide la tensión arterial de 6 pacientes antes y después de un tratamiento. Las diferencias d = antes − después (mmHg) tienen media −0,5 y desviación típica 4,6. Halla el margen de error E del intervalo de confianza del 95 % para la diferencia media.

n = 6d̄ = −0,5sd = 4,695%t(5) = 2,571
E = mmHg
10.Intervalos de confianzaDifícil
n = 25σ = ?Us = 0,695%

Los diámetros de 25 ejes mecanizados tienen una desviación típica muestral de 0,6 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 = 24, el 2,5 % de la distribución χ² queda por debajo de 12,401 y el 2,5 % queda por encima de 39,364.

n = 25s = 0,6 µmχ² = 12,401, 39,364
σ = µm
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,9901,99

Una muestra de 81 estudiantes tiene una nota media de 497,7 y una desviación típica muestral de 15. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 500.

μ₀ = 500x̄ = 497,7s = 15n = 81
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 4α = 0,05βσ = 11, potencia 80%, n = ?

Un contraste z unilateral con α = 0,05 debe detectar un desplazamiento de la media de 4 unidades con una potencia del 80 %. La desviación típica es 11. Halla el tamaño muestral mínimo n.

α = 0,05potencia = 80%δ = 4σ = 11zα = 1,645zβ = 0,842
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy264126128201024xy5101020

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
xy34755676196811681378xy51050607080ŷ = 57

La tabla da 6 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. ¿Para qué valor x predice la recta ŷ = 57?

n = 6ŷ = 57
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
tossin tosTotalfumadores192140no fumadores211940Total404080

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 = 802 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
sínoTotalplanta A39140planta B241640planta C33740Total9624120dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

La tabla muestra las frecuencias observadas. Contrasta con α = 0,05 si las dos variables son independientes (sin corrección por continuidad). Calcula el estadístico de contraste χ² y compáralo después con el valor crítico de la tabla.

N = 1203 × 2α = 0,05
χ² =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · Diseño de grupos independientes

Por qué esta es la respuesta

En un diseño de grupos independientes cada condición tiene participantes distintos, lo que evita efectos de orden pero introduce el riesgo de variables de los participantes.

Respuesta

D · Diseño de grupos independientes
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · El engaño y el posible malestar, abordados con un debriefing exhaustivo

Por qué esta es la respuesta

Se engañó a los participantes sobre las descargas y muchos mostraron un gran estrés. Milgram informó a los participantes y les presentó al «aprendiz»; un seguimiento encontró que la mayoría se alegraba de haber participado, pero la ética del estudio sigue debatiéndose.

Respuesta

D · El engaño y el posible malestar, abordados con un debriefing exhaustivo
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 13,78

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 = 248/6 = 41,33

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−11,33)² + (−16,33)² + (−4,333)² + (−0,3333)² + 13,67² + 18,67² = 949,3

Desviación típica

s = √(949,3/5) = 13,78

Respuesta

s = 13,78
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,6915

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 = −0,5

Tabla de la normal estándar

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 1 − 0,3085 = 0,6915

Respuesta

P = 0,6915
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 1,127

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 = 0·0,2 + 1·0,2 + 2·0,35 + 3·0,25 = 1,65

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,2 + 1·0,2 + 4·0,35 + 9·0,25 = 3,85

Varianza

Var(X) = 3,85 − 1,65² = 1,127

Respuesta

Var(X) = 1,127
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,01611

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.

Fórmula binomial

P(X = 2) = 66·0,52·0,510 = 66·0,25·0,0009766 = 0,01611

Respuesta

P = 0,01611
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9332

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 del total

μT = 340 kg, σT = 12·√4 = 24 kg

Tipificar

z = (304 − 340)/24 = −1,5

Probabilidad

P = 1 − Φ(−1,5) = 0,9332

Respuesta

P = 0,9332
8.Distribución normal

Respuesta: x = 73,4 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) = 0,8

z según la tabla

z ≈ 0,84

De vuelta a las unidades originales

x = 65 + 0,84·10 = 73,4 puntos

Respuesta

x = 73,4 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 4,828 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 = 5, t = 2,571

Margen de error

E = 2,571·4,6/√6 = 4,828

Respuesta

E = 4,828 mmHg
10.Intervalos de confianza

Respuesta: σ = 0,4685 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 = 24·0,6² = 8,64

Límites para σ²

8,64/39,364 = 0,2195
8,64/12,401 = 0,6967

Límite para σ

σ = √0,2195 = 0,4685 µm

Respuesta

σ = 0,4685 µm

Intervalo del 95 % para σ: [0,4685, 0,8347] µm.

11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −1,38

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 = 15/√81 = 15/9 = 1,667

Estadístico de contraste

t = (497,7 − 500)/1,667 = −1,38

Respuesta

t = −1,38
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| < 1.99, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 47

Tamaño muestral para un contraste: para detectar un desplazamiento real δ con potencia 1 − β en un contraste z unilateral de nivel α, el error típico debe cumplir δ = (z_α + z_β)·σ/√n, así que n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², redondeado hacia arriba.

Despejar n

n = ((1,645 + 0,842)·11/4)² = 46,78

Redondear hacia arriba

n = 47

Respuesta

n = 47
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9453

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 = 74/5 = 14,8

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 88
Syy = Σ(y − ȳ)² = 204,8

Coeficiente de determinación

r² = 88²/(40·204,8) = 0,9453

Respuesta

r² = 0,9453

Aproximadamente el 94,53 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 5,879

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 = 48/6 = 8
ȳ = 378/6 = 63

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 198

Recta de regresión

b = 198/70 = 2,829
a = 63 − 2,829·8 = 40,37
ŷ = 40,37 + 2,829·x

Despeja x

x = (57 − 40,37)/2,829 = 5,879

Respuesta

x = 5,879
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 0,2

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

fumadores: 40·40/80 = 20, 40·40/80 = 20
no fumadores: 40·40/80 = 20, 40·40/80 = 20

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (19 − 20)²/20 + (21 − 20)²/20 + (21 − 20)²/20 + (19 − 20)²/20
χ² = 0,2

Respuesta

χ² = 0,2

gl = 1. Con α = 0,05 el valor crítico es 3,841, así que H₀ (independencia) no se rechaza.

16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 17,81

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

planta A: 32, 8
planta B: 32, 8
planta C: 32, 8

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (39 − 32)²/32 + (1 − 8)²/8 + (24 − 32)²/32 + (16 − 8)²/8 + (33 − 32)²/32 + (7 − 8)²/8
χ² = 17,81

Decisión

df = 2, χ²crit = 5,991
17,81 > 5,991

Respuesta

χ² = 17,81

χ² está por encima del valor crítico, así que se rechaza H₀: las variables parecen estar relacionadas.

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