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

La fiabilidad por dos mitades consiste en:

  1. AEvaluar dos mitades de la muestra en momentos distintos
  2. BDividir la muestra en un grupo experimental y uno de control y comparar sus puntuaciones
  3. CComparar las puntuaciones de dos mitades de la misma prueba para comprobar la consistencia interna
  4. DUsar dos observadores, cada uno en la mitad de las sesiones
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un investigador recoge datos en nueve momentos y cada vez prueba al nivel del 5% sin corrección. ¿Cuál es el problema?

  1. ALa probabilidad de al menos un falso positivo sube muy por encima del 5%
  2. BLos datos se vuelven más fiables cada vez, así que la prueba final es la más precisa
  3. CNo hay ningún problema con este enfoque
  4. DEl tamaño del efecto disminuye con cada prueba
3.Estadística descriptivaMedia
202530354045505560

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 37, 20, 60, 55, 38, 21.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 50 y desviación típica 8. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 43,6?

μ = 50σ = 8x = 43,6
P =
5.ProbabilidadMedia
P(al menos un seis) = ??1?2?3P(seis) = 1/6 en cada lanzamiento

Se lanza un dado equilibrado 3 veces. ¿Cuál es la probabilidad P de sacar al menos un seis?

n = 3
P =
6.ProbabilidadDifícil
xp(x)00,2510,120,1530,3540,15μ

X tiene la distribución mostrada, y Y = 10X + 20. Halla la desviación típica σY de Y.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,25, 0,1, 0,15, 0,35, 0,15Y = 10X + 20
σY =
7.Distribución normalMedia
1360 kg1312 kgT = X₁ + … + X₁₆?

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 16 de ellos sea inferior a 1312 kg. Redondea z a dos decimales.

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 16< 1312 kg
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 = 1,5LUx̄ = 26E = ?90%

Una muestra de 7 elementos tiene media 26 y desviación típica s = 1,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el margen de error E de un intervalo de confianza del 90 % para la media.

n = 7x̄ = 26s = 1,590%t(6) = 1,943
E =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 36, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

La desviación típica poblacional es 36. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 99 % para la media tenga un margen de error de como máximo 4?

σ = 36E = 499%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,98401,984

Una muestra de 100 estudiantes tiene una nota media de 94,8 y una desviación típica muestral de 20. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 94,8s = 20n = 100
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −2,57602,576

Una muestra de 25 medidas tiene media 495. La desviación típica poblacional es 10. Calcula el límite superior U del intervalo de confianza del 99 % para la media.

x̄ = 495σ = 10n = 2599%
U =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy249352457565664xy24650556065

La tabla da 5 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 = 5
r² =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy12522331941551467xy2461020x = 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, 6). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(5,5, 6)
e =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
mejoróno mejoróTotalfármaco nuevo4377120placebo2377100Total66154220

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 = 2202 × 2
χ² =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
aptono aptoTotaledad 18–30491160edad 31–5051960edad 51+441660Total14436180dfα = 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 = 1803 × 2α = 0,05
χ² =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · Comparar las puntuaciones de dos mitades de la misma prueba para comprobar la consistencia interna

Por qué esta es la respuesta

Si ambas mitades miden el mismo constructo, sus puntuaciones deberían correlacionar mucho. El alfa de Cronbach extiende esta idea a todas las divisiones posibles.

Respuesta

C · Comparar las puntuaciones de dos mitades de la misma prueba para comprobar la consistencia interna
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: A · La probabilidad de al menos un falso positivo sube muy por encima del 5%

Por qué esta es la respuesta

Con nueve pruebas independientes, la probabilidad de al menos un error de tipo I es de aproximadamente 1 − 0,95⁹ ≈ 37%. Correcciones como la de Bonferroni lo resuelven.

Respuesta

A · La probabilidad de al menos un falso positivo sube muy por encima del 5%
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 16,65

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 = 231/6 = 38,5

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−1,5)² + (−18,5)² + 21,5² + 16,5² + (−0,5)² + (−17,5)² = 1386

Desviación típica

s = √(1386/5) = 16,65

Respuesta

s = 16,65
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,7881

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 = −0,8

Tabla de la normal estándar

Φ(−0,8) = 0,2119
P = 1 − 0,2119 = 0,7881

Respuesta

P = 0,7881
5.Probabilidad

Respuesta: P = 0,4213

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.

Complementario

P(ningún seis) = (5/6)3 = 0,5787
P = 1 − 0,5787 = 0,4213

Respuesta

P = 0,4213
6.Probabilidad

Respuesta: σY = 14,31

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 = 2,05, Var(X) = 2,048, σX = 1,431

Cambio lineal

σY = |10|·1,431 = 14,31

Respuesta

σY = 14,31

La media sí se desplaza: E(Y) = 10·2,05 + 20 = 40,5.

7.Distribución normal

Respuesta: P = 0,1587

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 = 1360 kg, σT = 12·√16 = 48 kg

Tipificar

z = (1312 − 1360)/48 = −1

Probabilidad

P = Φ(−1) = 0,1587

Respuesta

P = 0,1587
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: E = 1,102

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 = 1,943

Margen de error

E = 1,943·1,5/√7 = 1,102

Respuesta

E = 1,102
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 538

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 = (2,576·36/4)² = 537,5

Redondear hacia arriba

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

n = 538

Respuesta

n = 538
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −2,6

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/√100 = 20/10 = 2

Estadístico de contraste

t = (94,8 − 100)/2 = −2,6

Respuesta

t = −2,6
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| > 1,984, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: U = 500,2

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 = 2,576·10/√25 = 5,152

Límite del intervalo

U = 495 + 5,152 = 500,2

Respuesta

U = 500,2
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,919

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 = 20/5 = 4
ȳ = 287/5 = 57,4

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 43
Syy = Σ(y − ȳ)² = 201,2

Coeficiente de determinación

r² = 43²/(10·201,2) = 0,919

Respuesta

r² = 0,919

Aproximadamente el 91,9 % de la variación de y queda explicada por la recta.

14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = −4,252

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 = 103/6 = 17,17

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −60,5

Recta de regresión

b = −60,5/17,5 = −3,457
a = 17,17 − (−3,457)·3,5 = 29,27
ŷ = 29,27 − 3,457·x

Valor predicho

ŷ = 29,27 + (−3,457)·5,5 = 10,25

Residuo

e = 6 − 10,25 = −4,252

Respuesta

e = −4,252

El punto está por debajo de la recta.

15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 4,278

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: 120·66/220 = 36, 120·154/220 = 84
placebo: 100·66/220 = 30, 100·154/220 = 70

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (43 − 36)²/36 + (77 − 84)²/84 + (23 − 30)²/30 + (77 − 70)²/70
χ² = 4,278

Respuesta

χ² = 4,278

gl = 1. Con α = 0,05 el valor crítico es 3,841, así que H₀ (independencia) se rechaza.

16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ² = 2,708

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

edad 18–30: 48, 12
edad 31–50: 48, 12
edad 51+: 48, 12

Estadístico de chi cuadrado

χ² = (49 − 48)²/48 + (11 − 12)²/12 + (51 − 48)²/48 + (9 − 12)²/12 + (44 − 48)²/48 + (16 − 12)²/12
χ² = 2,708

Decisión

df = 2, χ²crit = 5,991
2,708 < 5,991

Respuesta

χ² = 2,708

χ² está por debajo del valor crítico, así que no se rechaza H₀: no hay evidencia significativa de relación.

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