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 prueba compara dos grupos independientes cuando los datos son ordinales o claramente no normales?

  1. ALa prueba t para muestras independientes
  2. BLa prueba chi cuadrado
  3. CLa prueba de rangos con signo de Wilcoxon
  4. DLa prueba U de Mann-Whitney
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un estudio encuentra una correlación de r = 0,05 entre la estatura y el CI solo en jugadores profesionales de baloncesto, aunque en la población general es mayor. ¿Qué explica mejor la correlación débil?

  1. ALa regresión a la media
  2. BLa restricción del rango
  3. CUn efecto techo en las pruebas de CI
  4. DLas características de la demanda
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 35, 55, 38, 27, 47, 16, 14.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 170 y desviación típica 20. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 150?

μ = 170σ = 20x = 150
P =
5.ProbabilidadMedia
rojas: 6azules: 7

Una bolsa tiene 6 bolas rojas y 7 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

6 / 7
P =
6.ProbabilidadDifícil
n = 11, p = 0,4: P(X ≤ 1) = ?k01234567891011

Se prueban 11 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,4, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 11p = 0,4
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,5935

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,5935. Halla z con dos decimales.

A = 0,5935
z =
8.Distribución normalDifícil
35455565758595puntossuperior 25%

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 25 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 65 puntosσ = 10 puntos25%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 20, s = 1LUx̄ = 37E = ?99%

Una muestra de 20 elementos tiene media 37 y desviación típica s = 1. La población es aproximadamente normal. Calcula el margen de error E de un intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 20x̄ = 37s = 199%t(19) = 2,861
E =
10.Intervalos de confianzaDifícil
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,02595%

No se sabe nada de antemano sobre la proporción de productos defectuosos. ¿Cuántos productos n hay que inspeccionar para que un intervalo de confianza del 95 % para la proporción tenga un margen de error de como máximo 0,025?

p = 0,5E = 0,02595%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,362,36p = ?

Se afirma que la media de una población es 100; se sabe que la desviación típica poblacional es 32. Una muestra aleatoria de 64 observaciones tiene una media de 109,44. Contrasta H₀: μ = 100 frente a H₁: μ ≠ 100. Halla el p-valor p.

μ₀ = 100σ = 32n = 64x̄ = 109,44H₁: μ ≠ μ₀
p =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −1,64501,645

Una muestra de 81 medidas tiene media 69. La desviación típica poblacional es 20. Calcula el límite inferior L del intervalo de confianza del 90 % para la media.

x̄ = 69σ = 20n = 8190%
L =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy2454516528641063xy5105060

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = gasto en publicidad en miles de € e y = ventas en miles de €. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 5
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy34956277197711831398xy5106080100x = 6

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. Se hace una nueva observación (6, 60). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(6, 60)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
mejoróno mejoróTotalfármaco nuevo402060placebo6852120Total10872180

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 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
aptono aptoTotalplanta A2872100planta B132740planta C392160Total80120200dfα = 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 = 0,01 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 = 2003 × 2α = 0,01
χ² =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · La prueba U de Mann-Whitney

Por qué esta es la respuesta

La prueba U de Mann-Whitney compara rangos entre dos grupos no relacionados. La prueba de rangos con signo de Wilcoxon es para muestras relacionadas.

Respuesta

D · La prueba U de Mann-Whitney
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · La restricción del rango

Por qué esta es la respuesta

Cuando una muestra abarca solo un rango estrecho de una variable, las correlaciones en las que interviene se reducen. Todos los jugadores de baloncesto son altos, así que la estatura varía poco.

Respuesta

B · La restricción del rango
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 15,25

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 = 232/7 = 33,14

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 1,857² + 21,86² + 4,857² + (−6,143)² + 13,86² + (−17,14)² + (−19,14)² = 1395

Desviación típica

s = √(1395/6) = 15,25

Respuesta

s = 15,25
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,8413

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

Tabla de la normal estándar

Φ(−1) = 0,1587
P = 1 − 0,1587 = 0,8413

Respuesta

P = 0,8413
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,1923

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 = 6/13 · 5/12 = 30/156 = 0,1923

Respuesta

P = 0,1923
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,03023

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) = 0,611 = 0,003628
P(X = 1) = 11·0,4·0,610 = 0,02661

Súmalas

P = 0,003628 + 0,02661 = 0,03023

Respuesta

P = 0,03023
7.Distribución normal

Respuesta: z = 0,83

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 + 0,5935)/2 = 0,7967

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,7967 dentro de la tabla y lee z.

z = 0,83

Respuesta

z = 0,83
8.Distribución normal

Respuesta: x = 71,7 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) = 0,75

z según la tabla

z ≈ 0,67

De vuelta a las unidades originales

x = 65 + 0,67·10 = 71,7 puntos

Respuesta

x = 71,7 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 0,6397

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 = 2,861·1/√20 = 0,6397

Respuesta

E = 0,6397
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 1537

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Despejar n

n = 1,96²·0,5·0,5/0,025² = 1537

Redondear hacia arriba

n = 1537

Respuesta

n = 1537
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: p = 0,01827

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.

Estadístico de contraste

SE = σ/√n = 32/√64 = 4
z = (109,44 − 100)/4 = 2,36

Área de la cola

Φ(2,36) = 0,9909
1 − Φ(2,36) = 0,0091

p-valor

p = 2·0,0091 = 0,01827

Respuesta

p = 0,01827

p ≤ 0,05, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 %.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: L = 65,34

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 = 1,645·20/√81 = 3,656

Límite del intervalo

L = 69 − 3,656 = 65,34

Respuesta

L = 65,34
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,943

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 = 275/5 = 55

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 98
Syy = Σ(y − ȳ)² = 270

Coeficiente de correlación

r = 98/√(40·270) = 0,943

Respuesta

r = 0,943
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = −4,362

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 = 440/6 = 73,33

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 314

Recta de regresión

b = 314/70 = 4,486
a = 73,33 − 4,486·8 = 37,45
ŷ = 37,45 + 4,486·x

Valor predicho

ŷ = 37,45 + 4,486·6 = 64,36

Residuo

e = 60 − 64,36 = −4,362

Respuesta

e = −4,362

El punto está por debajo de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 1,667

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

fármaco nuevo: 60·108/180 = 36, 60·72/180 = 24
placebo: 120·108/180 = 72, 120·72/180 = 48

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (40 − 36)²/36 + (20 − 24)²/24 + (68 − 72)²/72 + (52 − 48)²/48
χ² = 1,667

Respuesta

χ² = 1,667

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 = 22,56

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: 40, 60
planta B: 16, 24
planta C: 24, 36

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (28 − 40)²/40 + (72 − 60)²/60 + (13 − 16)²/16 + (27 − 24)²/24 + (39 − 24)²/24 + (21 − 36)²/36
χ² = 22,56

Decisión

df = 2, χ²crit = 9,210
22,56 > 9,210

Respuesta

χ² = 22,56

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

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