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 estadístico es adecuado para la relación entre dos conjuntos de rangos, como las clasificaciones de cuadros hechas por unos jueces?

  1. ALa r de Pearson
  2. BEl chi cuadrado
  3. CLa prueba t para muestras independientes
  4. DLa rho de Spearman
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

El ejercicio reduce la depresión, y el efecto se produce porque el ejercicio mejora el sueño, que a su vez reduce la depresión. El sueño se describe mejor como:

  1. AModerador
  2. BVariable de control
  3. CMediador
  4. DVariable extraña
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 12, 28, 30, 12, 42.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 60 y desviación típica 20. Calcula la puntuación z z de una nota de 20.

μ = 60σ = 20x = 20
z =
5.ProbabilidadMedia
xp(x)00,110,3520,0530,3540,15μ = 2,1

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,1, 0,35, 0,05, 0,35, 0,15
Var(X) =
6.ProbabilidadDifícil
n = 9, p = 0,1: P(X = 5) = ?k0123456789

Un examen tiene 9 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,1, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 5?

n = 9p = 0,1k = 5
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,5098

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,5098. Halla z con dos decimales.

A = 0,5098
z =
8.Distribución normalDifícil
557085100115130145puntosinferior 90%

Para las puntuaciones de CI, la distribución es normal, con media 100 puntos y desviación típica 15 puntos. Arrastra el punto de corte para que el 90 % inferior sombreado quede a su izquierda. Halla el punto de corte x.

μ = 100 puntosσ = 15 puntos90%
x = puntos
9.Intervalos de confianzaMedia
n = 13, s = 10LU = ?x̄ = 97E95%

Una muestra de 13 elementos tiene media 97 y desviación típica s = 10. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 95 % para la media.

n = 13x̄ = 97s = 1095%t(12) = 2,179
límite superior =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 7, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,590%

La desviación típica poblacional es 7. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 90 % para la media tenga un margen de error de como máximo 0,5?

σ = 7E = 0,590%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,0642,064t = ?df = 24

Se comparan dos métodos de enseñanza. Grupo 1: 12 estudiantes, nota media 78, desviación típica 4. Grupo 2: 14 estudiantes, nota media 73,7, desviación típica 8,5. 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 = 12x̄₁ = 78s₁ = 4n₂ = 14x̄₂ = 73,7s₂ = 8,5
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −2,57602,576

Una muestra de 49 medidas tiene media 198,3. La desviación típica poblacional es 15. Calcula el límite superior U del intervalo de confianza del 99 % para la media.

x̄ = 198,3σ = 15n = 4999%
U =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy125222320417514xy24152025

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 5
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy121222321419516614xy2461520x = 2,5

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. Predice ŷ para x = 2,5.

n = 6x = 2,5
ŷ =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
sin defectolevegraveTotalturno de día22242874turno de noche8221040Total304638114

La tabla de contingencia muestra las frecuencias observadas. Para una prueba de chi cuadrado de independencia, halla la frecuencia esperada E de la casilla «turno de día, leve».

total de fila = 74total de columna = 46N = 114
E =
16.Pruebas de chi cuadradoDifícil
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Se realiza una prueba de chi cuadrado de independencia sobre una tabla de contingencia con 2 filas y 11 columnas (sin contar los totales). Con la tabla, halla el valor crítico χ²crit para el nivel de significación α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: D · La rho de Spearman

Por qué esta es la respuesta

La correlación por rangos de Spearman mide la fuerza de una relación monótona entre dos variables ordenadas u ordinales.

Respuesta

D · La rho de Spearman
2.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: C · Mediador

Por qué esta es la respuesta

Un mediador se sitúa en la vía causal entre el predictor y el resultado y explica cómo o por qué se produce el efecto.

Respuesta

C · Mediador
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 12,85

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 = 124/5 = 24,8

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−12,8)² + 3,2² + 5,2² + (−12,8)² + 17,2² = 660,8

Desviación típica

s = √(660,8/4) = 12,85

Respuesta

s = 12,85
4.Estadística descriptiva

Respuesta: z = −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.

Tipificar

z = (20 − 60)/20 = −2

Respuesta

z = −2
5.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 1,69

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 = 0·0,1 + 1·0,35 + 2·0,05 + 3·0,35 + 4·0,15 = 2,1

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,1 + 1·0,35 + 4·0,05 + 9·0,35 + 16·0,15 = 6,1

Varianza

Var(X) = 6,1 − 2,1² = 1,69

Respuesta

Var(X) = 1,69
6.Probabilidad

Respuesta: P = 0,0008267

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) = 126·0,15·0,94 = 126·1 × 10⁻⁵·0,6561 = 0,0008267

Respuesta

P = 0,0008267
7.Distribución normal

Respuesta: z = 0,69

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 + 0,5098)/2 = 0,7549

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,7549 dentro de la tabla y lee z.

z = 0,69

Respuesta

z = 0,69
8.Distribución normal

Respuesta: x = 119,2 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) = 0,9

z según la tabla

z ≈ 1,28

De vuelta a las unidades originales

x = 100 + 1,28·15 = 119,2 puntos

Respuesta

x = 119,2 puntos
9.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 103

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 = 12, t = 2,179

Margen de error

E = 2,179·10/√13 = 6,043

Intervalo

97 ± 6,043 → [90,96, 103]

Respuesta

límite superior = 103
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 531

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 = (1,645·7/0,5)² = 530,4

Redondear hacia arriba

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

n = 531

Respuesta

n = 531
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 1,603

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 = (11·4² + 13·8,5²)/24 = 46,47
sp = 6,817

Error típico

SE = 6,817·√(1/12 + 1/14) = 2,682

Estadístico de contraste

t = (78 − 73,7)/2,682 = 1,603

Respuesta

t = 1,603

Con gl = 24, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,064; |t| es menor, así que no se rechaza H₀.

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: U = 203,8

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 = 2,576·15/√49 = 5,52

Límite del intervalo

U = 198,3 + 5,52 = 203,8

Respuesta

U = 203,8
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = −0,9979

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 = 15/5 = 3
ȳ = 98/5 = 19,6

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −27
Syy = Σ(y − ȳ)² = 73,2

Coeficiente de correlación

r = −27/√(10·73,2) = −0,9979

Respuesta

r = −0,9979
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 20,4

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 = 113/6 = 18,83

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −27,5

Recta de regresión

b = −27,5/17,5 = −1,571
a = 18,83 − (−1,571)·3,5 = 24,33
ŷ = 24,33 − 1,571·x

Predicción

ŷ = 24,33 + (−1,571)·2,5 = 20,4

Respuesta

ŷ = 20,4
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 29,86

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.

Frecuencia esperada

E = 74·46/114 = 29,86

Respuesta

E = 29,86
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ²crit = 18,31

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 = (2 − 1)·(11 − 1) = 10

Tabla

χ²crit(df = 10, α = 0,05) = 18,307

Respuesta

χ²crit = 18,307

Rechaza H₀ si el χ² calculado es mayor que este valor.

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