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 U de Mann-Whitney
  3. CLa prueba de rangos con signo de Wilcoxon
  4. DLa prueba chi cuadrado
2.Métodos de investigación en psicologíaDifícil

Un participante toma un fármaco o una pastilla de azúcar sin saber cuál, mientras que el investigador sí lo sabe. ¿Qué diseño es y qué sesgo sigue siendo posible?

  1. ASimple ciego; sigue siendo posible el sesgo del experimentador
  2. BSimple ciego; las características de la demanda son imposibles
  3. CEnsayo abierto; los efectos placebo están totalmente controlados
  4. DDoble ciego; no es posible ningún sesgo
3.Estadística descriptivaMedia
152025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 15, 54, 57, 47, 17, 59.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 500 y desviación típica 75. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 575?

μ = 500σ = 75x = 575
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 = 0,5: P(X ≤ 1) = ?k01234567891011

Se prueban 11 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,5, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 11p = 0,5
P =
7.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada a la derecha de z = 0,0129

Arrastra z para que el área sombreada bajo la curva normal estándar, a la derecha de z, sea 0,0129. Halla z con dos decimales.

A = 0,0129
z =
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 = 14,5LUx̄ = 105E = ?95%

Una muestra de 7 elementos tiene media 105 y desviación típica s = 14,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el margen de error E de un intervalo de confianza del 95 % para la media.

n = 7x̄ = 105s = 14,595%t(6) = 2,447
E =
10.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 33, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

La desviación típica poblacional es 33. ¿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 = 33E = 499%
n =
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −2,13102,131

Una muestra de 16 estudiantes tiene una nota media de 85,5 y una desviación típica muestral de 20. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 75.

μ₀ = 75x̄ = 85,5s = 20n = 16
t =
12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −2,57602,576

Una muestra de 25 medidas tiene media 116. La desviación típica poblacional es 8. Calcula el límite superior U del intervalo de confianza del 99 % para la media.

x̄ = 116σ = 8n = 2599%
U =
13.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy294136238261034xy510102030

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 5
r =
14.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy153217471948215023672575xy152025406080ŷ = 69

La tabla da 6 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 = 69?

n = 6ŷ = 69
x =
15.Pruebas de chi cuadradoMedia
bajomedioaltoTotalurbano213843102rural14324288Total357085190

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

total de fila = 102total de columna = 35N = 190
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

Una prueba de chi cuadrado de bondad de ajuste compara las frecuencias observadas en 5 categorías con proporciones esperadas totalmente especificadas (no se estima ningún parámetro a partir de los datos). Con la tabla, halla el valor crítico χ²crit para el nivel de significación α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Disoluciones

1.Métodos de investigación en psicología

Respuesta: B · 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

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

Respuesta: A · Simple ciego; sigue siendo posible el sesgo del experimentador

Por qué esta es la respuesta

En un diseño de simple ciego, los participantes no conocen su condición, lo que controla las expectativas de placebo. El conocimiento del investigador aún puede influir en los resultados, por lo que se prefieren los diseños de doble ciego.

Respuesta

A · Simple ciego; sigue siendo posible el sesgo del experimentador
3.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 20,18

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 = 249/6 = 41,5

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−26,5)² + 12,5² + 15,5² + 5,5² + (−24,5)² + 17,5² = 2036

Desviación típica

s = √(2036/5) = 20,18

Respuesta

s = 20,18
4.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,1587

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) = 0,8413
P = 1 − 0,8413 = 0,1587

Respuesta

P = 0,1587
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 = 0,005859

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) = 0,511 = 0,0004883
P(X = 1) = 11·0,5·0,510 = 0,005371

Súmalas

P = 0,0004883 + 0,005371 = 0,005859

Respuesta

P = 0,005859
7.Distribución normal

Respuesta: z = 2,23

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 − 0,0129 = 0,9871

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,9871 dentro de la tabla y lee z.

z = 2,23

Respuesta

z = 2,23
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 = 13,41

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 = 2,447

Margen de error

E = 2,447·14,5/√7 = 13,41

Respuesta

E = 13,41
10.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 452

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 = (2,576·33/4)² = 451,6

Redondear hacia arriba

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

n = 452

Respuesta

n = 452
11.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 2,1

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/√16 = 20/4 = 5

Estadístico de contraste

t = (85,5 − 75)/5 = 2,1

Respuesta

t = 2,1
t0,025; df = 15 = 2,131

|t| < 2.131, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

12.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: U = 120,1

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 = 2,576·8/√25 = 4,122

Límite del intervalo

U = 116 + 4,122 = 120,1

Respuesta

U = 120,1
13.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9887

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 = 105/5 = 21

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 126
Syy = Σ(y − ȳ)² = 406

Coeficiente de correlación

r = 126/√(40·406) = 0,9887

Respuesta

r = 0,9887
14.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 24

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 = 120/6 = 20
ȳ = 319/6 = 53,17

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 277

Recta de regresión

b = 277/70 = 3,957
a = 53,17 − 3,957·20 = −25,98
ŷ = −25,98 + 3,957·x

Despeja x

x = (69 − (−25,98))/3,957 = 24

Respuesta

x = 24
15.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: E = 18,79

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 = 102·35/190 = 18,79

Respuesta

E = 18,79
16.Pruebas de chi cuadrado

Respuesta: χ²crit = 13,28

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.

Grados de libertad

df = 5 − 1 = 4

Tabla

χ²crit(df = 4, α = 0,01) = 13,277

Respuesta

χ²crit = 13,277

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

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