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 un experimento de campo, el investigador:

  1. ASolo observa sin manipular nada
  2. BManipula la VI en un entorno real
  3. CAnaliza datos recogidos por otros
  4. DManipula la VI en un laboratorio
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. AVarias pruebas t inflan la tasa global de error de tipo I
  2. BLas pruebas t no admiten números mayores que 100
  3. CLas pruebas t requieren datos cualitativos
  4. DEl ANOVA siempre encuentra efectos mayores que el conjunto equivalente de pruebas t
3.Estadística descriptivaMedia
1520253035404550

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 54, 15, 29, 16, 24, 41.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 50 y desviación típica 10. Calcula la puntuación z z de una nota de 40.

μ = 50σ = 10x = 40
z =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,310,320,0530,35μ = 1,45

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

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,3, 0,3, 0,05, 0,35
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
xp(x)00,1520,3540,360,2μ

X tiene la distribución mostrada, y Y = 2X + 10. Halla la desviación típica σY de Y.

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,15, 0,35, 0,3, 0,2Y = 2X + 10
σY =
7.Distribución normalMedia
172,4192,35P = ?

Supón que las estaturas de los hombres adultos siguen una distribución normal con media 178 cm y desviación típica 7 cm. ¿Qué fracción está entre 172,4 y 192,35 cm? Da P como número decimal.

μ = 178σ = 7x1 = 172,4x2 = 192,35
P =
8.Distribución normalDifícil
μ = 100x = ?20%

Supón que las puntuaciones de CI siguen una distribución normal con media 100 puntos y desviación típica 15 puntos. Halla el valor x por debajo del cual queda el 20 % de los datos (el percentil 20).

μ = 100σ = 15P = 20%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 6, s = 13,5LUx̄ = 39,5E = ?90%

Una muestra de 6 elementos tiene media 39,5 y desviación típica s = 13,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el margen de error E de un intervalo de confianza del 90 % para la media.

n = 6x̄ = 39,5s = 13,590%t(5) = 2,015
E =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 14, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 199%

La desviación típica poblacional es 14. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 99 % para la media tenga un margen de error de como máximo 1?

σ = 14E = 199%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,1452,145t = ?df = 14

Se comparan dos métodos de enseñanza. Grupo 1: 11 estudiantes, nota media 95,5, desviación típica 5,5. Grupo 2: 5 estudiantes, nota media 91,1, desviación típica 4. 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 = 95,5s₁ = 5,5n₂ = 5x̄₂ = 91,1s₂ = 4
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 12, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 199%

¿Qué tamaño debe tener una muestra para que el intervalo de confianza del 99 % para una media tenga un margen de error de como mucho 1? La desviación típica es 12. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 12E = 199%
n =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy146257360463564668xy246506070

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 6
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy127220318415513611xy24610152025x = 5,5

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Se hace una nueva observación (5,5, 14). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(5,5, 14)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sínoTotalhombres5050100mujeres271340Total7763140

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 = 1402 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 11 categorías con proporciones esperadas totalmente especificadas (no se estima ningún parámetro a partir de los datos). ¿Cuántos grados de libertad df tiene la prueba?

k = 11
df =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · Manipula la VI en un entorno real

Por qué esta es la respuesta

Los experimentos de campo, como las situaciones de ayuda escenificadas en la calle, aumentan la validez ecológica, pero dan menos control sobre las variables extrañas y plantean problemas de consentimiento.

Respuesta

B · Manipula la VI en un entorno real
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · 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

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

Respuesta: s = 15,2

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 = 179/6 = 29,83

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 24,17² + (−14,83)² + (−0,8333)² + (−13,83)² + (−5,833)² + 11,17² = 1155

Desviación típica

s = √(1155/5) = 15,2

Respuesta

s = 15,2
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = −1

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 = (40 − 50)/10 = −1

Respuesta

z = −1
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 1,548

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 = 0·0,3 + 1·0,3 + 2·0,05 + 3·0,35 = 1,45

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,3 + 1·0,3 + 4·0,05 + 9·0,35 = 3,65

Varianza

Var(X) = 3,65 − 1,45² = 1,548

Respuesta

Var(X) = 1,548
6.Probabilidad

Respuesta: σY = 3,894

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.

Dispersión de X

μ = 3,1, Var(X) = 3,79, σX = 1,947

Cambio lineal

σY = |2|·1,947 = 3,894

Respuesta

σY = 3,894

La media sí se desplaza: E(Y) = 2·3,1 + 10 = 16,2.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,768

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 = (172,4 − 178)/7 = −0,8
z₂ = (192,35 − 178)/7 = 2,05

Área entre ambos valores

P = Φ(2,05) − Φ(−0,8) = 0,9798 − 0,2119 = 0,768

Respuesta

P = 0,768
8.Distribución normal

Respuesta: x = 87,38 puntos

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.

z del percentil

Φ(z) = 0,2 → z = −0,8416

Vuelta a x

x = 100 + −0,8416·15 = 87,38 puntos

Respuesta

x = 87,38 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 11,11

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 = 5, t = 2,015

Margen de error

E = 2,015·13,5/√6 = 11,11

Respuesta

E = 11,11
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 1301

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 = (2,576·14/1)² = 1301

Redondear hacia arriba

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

n = 1301

Respuesta

n = 1301
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 1,594

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 = (10·5,5² + 4·4²)/14 = 26,18
sp = 5,116

Error típico

SE = 5,116·√(1/11 + 1/5) = 2,76

Estadístico de contraste

t = (95,5 − 91,1)/2,76 = 1,594

Respuesta

t = 1,594

Con gl = 14, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,145; |t| es menor, así que no se rechaza H₀.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 956

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 = (2,576·12/1)² = 955,6

Redondear hacia arriba

n = 956

Respuesta

n = 956
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,8745

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 358/6 = 59,67

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 67
Syy = Σ(y − ȳ)² = 293,3

Coeficiente de determinación

r² = 67²/(17,5·293,3) = 0,8745

Respuesta

r² = 0,8745

Aproximadamente el 87,45 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = 2,61

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 104/6 = 17,33

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −52

Recta de regresión

b = −52/17,5 = −2,971
a = 17,33 − (−2,971)·3,5 = 27,73
ŷ = 27,73 − 2,971·x

Valor predicho

ŷ = 27,73 + (−2,971)·5,5 = 11,39

Residuo

e = 14 − 11,39 = 2,61

Respuesta

e = 2,61

El punto está por encima de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 3,535

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

hombres: 100·77/140 = 55, 100·63/140 = 45
mujeres: 40·77/140 = 22, 40·63/140 = 18

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (50 − 55)²/55 + (50 − 45)²/45 + (27 − 22)²/22 + (13 − 18)²/18
χ² = 3,535

Respuesta

χ² = 3,535

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: df = 10

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 = 11 − 1 = 10

Respuesta

df = 10

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