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

En una distribución normal, ¿qué porcentaje aproximado de puntuaciones está a menos de una desviación típica de la media?

  1. A68%
  2. B99,7%
  3. C95%
  4. D50%
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador manipula el estado de ánimo proyectando una película triste y luego pide a los participantes que valoren lo tristes que se sienten antes de la tarea principal. ¿Por qué se incluye esta valoración?

  1. APara informar a los participantes de los objetivos
  2. BComo comprobación de la manipulación, para confirmar que la VI funcionó como se pretendía
  3. CComo variable dependiente principal del estudio
  4. DPara contrabalancear el orden de las condiciones
3.Estadística descriptivaMedia
15202530354045505560

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 31, 60, 11, 45, 60.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 50 y desviación típica 20. Calcula la puntuación z z de una nota de 62.

μ = 50σ = 20x = 62
z =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,2520,1540,360,3μ = 3,3

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

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,25, 0,15, 0,3, 0,3
σ =
6.ProbabilidadDifícil
n = 8, p = 0,3: P(X = 5) = ?k012345678

Un examen tiene 8 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,3, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 5?

n = 8p = 0,3k = 5
P =
7.Distribución normalMedia
247,75255,25P = ?

Supón que los pesos de las bolsas siguen una distribución normal con media 250 g y desviación típica 5 g. ¿Qué fracción está entre 247,75 y 255,25 g? Da P como número decimal.

μ = 250σ = 5x1 = 247,75x2 = 255,25
P =
8.Distribución normalDifícil
235240245250255260265gsuperior 60%

Para los pesos de las bolsas, la distribución es normal, con media 250 g y desviación típica 5 g. Arrastra el punto de corte para que el 60 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 250 gσ = 5 g60%
x = g
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 20, s = 4,5LUx̄ = 69,5E = ?99%

Una muestra de 20 elementos tiene media 69,5 y desviación típica s = 4,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el margen de error E de un intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 20x̄ = 69,5s = 4,599%t(19) = 2,861
E =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 17, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 190%

La desviación típica poblacional es 17. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 90 % para la media tenga un margen de error de como máximo 1?

σ = 17E = 190%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −2,0302,03

Una muestra de 36 estudiantes tiene una nota media de 58 y una desviación típica muestral de 20. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 58s = 20n = 36
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,590%

¿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 0,5? La desviación típica es 20. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 20E = 0,590%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy294116198271031xy510102030

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
xy15671774198321852391xy1520708090ŷ = 77

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. ¿Para qué valor x predice la recta ŷ = 77?

n = 5ŷ = 77
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
autobúsbicicletacocheTotalestudiantes303436100personal24203680Total545472180

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
aptono aptoTotallínea 1411960línea 2263460línea 3291140Total9664160dfα = 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 = 1603 × 2α = 0,05
χ² =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · 68%

Por qué esta es la respuesta

Alrededor del 68% de las puntuaciones está dentro de ±1 DT, alrededor del 95% dentro de ±2 DT y alrededor del 99,7% dentro de ±3 DT.

Respuesta

A · 68%
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · Como comprobación de la manipulación, para confirmar que la VI funcionó como se pretendía

Por qué esta es la respuesta

Una comprobación de la manipulación verifica que la VI produjo el estado psicológico buscado. Sin ella, un resultado nulo podría significar que la manipulación falló.

Respuesta

B · Como comprobación de la manipulación, para confirmar que la VI funcionó como se pretendía
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 20,84

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 = 207/5 = 41,4

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−10,4)² + 18,6² + (−30,4)² + 3,6² + 18,6² = 1737

Desviación típica

s = √(1737/4) = 20,84

Respuesta

s = 20,84
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = 0,6

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 = (62 − 50)/20 = 0,6

Respuesta

z = 0,6
5.Probabilidad

Respuesta: σ = 2,304

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 + 2·0,15 + 4·0,3 + 6·0,3 = 3,3

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,25 + 4·0,15 + 16·0,3 + 36·0,3 = 16,2

Varianza

Var(X) = 16,2 − 3,3² = 5,31
σ = √5,31 = 2,304

Respuesta

σ = 2,304
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,04668

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 = 5) = 56·0,35·0,73 = 56·0,00243·0,343 = 0,04668

Respuesta

P = 0,04668
7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,5268

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 = (247,75 − 250)/5 = −0,45
z₂ = (255,25 − 250)/5 = 1,05

Área entre ambos valores

P = Φ(1,05) − Φ(−0,45) = 0,8531 − 0,3264 = 0,5268

Respuesta

P = 0,5268
8.Distribución normal

Respuesta: x = 248,8 g

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) = 0,4

z según la tabla

z ≈ −0,25

De vuelta a las unidades originales

x = 250 − 0,25·5 = 248,8 g

Respuesta

x = 248,8 g
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 2,879

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 = 19, t = 2,861

Margen de error

E = 2,861·4,5/√20 = 2,879

Respuesta

E = 2,879
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 783

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 = (1,645·17/1)² = 782

Redondear hacia arriba

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

n = 783

Respuesta

n = 783
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 2,4

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 = 20/√36 = 20/6 = 3,333

Estadístico de contraste

t = (58 − 50)/3,333 = 2,4

Respuesta

t = 2,4
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| > 2,03, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 4330

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 = (1,645·20/0,5)² = 4330

Redondear hacia arriba

n = 4330

Respuesta

n = 4330
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9698

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 = 97/5 = 19,4

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 120
Syy = Σ(y − ȳ)² = 371,2

Coeficiente de determinación

r² = 120²/(40·371,2) = 0,9698

Respuesta

r² = 0,9698

Aproximadamente el 96,98 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 17,98

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 = 95/5 = 19
ȳ = 400/5 = 80

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 118

Recta de regresión

b = 118/40 = 2,95
a = 80 − 2,95·19 = 23,95
ŷ = 23,95 + 2,95·x

Despeja x

x = (77 − 23,95)/2,95 = 17,98

Respuesta

x = 17,98
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 2,1

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.

Frecuencias esperadas

estudiantes: 100·54/180 = 30, 100·54/180 = 30, 100·72/180 = 40
personal: 80·54/180 = 24, 80·54/180 = 24, 80·72/180 = 32

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (30 − 30)²/30 + (34 − 30)²/30 + (36 − 40)²/40 + (24 − 24)²/24 + (20 − 24)²/24 + (36 − 32)²/32
χ² = 2,1

Respuesta

χ² = 2,1

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: χ² = 11,28

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

línea 1: 36, 24
línea 2: 36, 24
línea 3: 24, 16

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (41 − 36)²/36 + (19 − 24)²/24 + (26 − 36)²/36 + (34 − 24)²/24 + (29 − 24)²/24 + (11 − 16)²/16
χ² = 11,28

Decisión

df = 2, χ²crit = 5,991
11,28 > 5,991

Respuesta

χ² = 11,28

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

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