Introducción a la estadística: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 12 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

2Problemas de práctica

1.Estadística descriptivaMedia
22242628303234363840

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 25, 41, 28, 22, 26.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 60 y desviación típica 10. ¿Qué proporción P de valores está por debajo de 40?

μ = 60σ = 10x = 40
P =
3.ProbabilidadMedia
n = 8k = 4N = ?

¿De cuántas formas N se puede elegir un comité de 4 personas entre un grupo de 8? El orden no importa.

n = 8k = 4
N =
4.ProbabilidadDifícil
€p(x)−10,6910,390,01

Jugar una partida cuesta 1 €. Ganas 2 € con probabilidad 0,3 y 10 € con probabilidad 0,01; en otro caso no ganas nada. La apuesta no se devuelve. Halla la ganancia neta esperada E(G) por partida.

apuesta = €1€2: p = 0,3€10: p = 0,01
E(G) = €
5.Distribución normalMedia
144 kg142,6 kgT = X₁ + … + X₁₂?

Las masas de cajas son independientes y normales con media 12 kg y desviación típica 0,8 kg. Halla la probabilidad P de que la masa total de 12 de ellos sea inferior a 142,6 kg. Redondea z a dos decimales.

μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 12< 142.6 kg
P =
6.Distribución normalDifícil
557085100115130145puntossuperior 80%

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 80 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 100 puntosσ = 15 puntos80%
x = puntos
7.Intervalos de confianzaMedia
n = 30, s = 8,5LU = ?x̄ = 68,5E99%

Una muestra de 30 elementos tiene media 68,5 y desviación típica s = 8,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 30x̄ = 68,5s = 8,599%t(29) = 2,756
límite superior =
8.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 31, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 195%

La desviación típica poblacional es 31. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 1?

σ = 31E = 195%
n =
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,1312,131t = ?df = 15

Se comparan dos métodos de enseñanza. Grupo 1: 9 estudiantes, nota media 105,5, desviación típica 11. Grupo 2: 8 estudiantes, nota media 101,8, desviación típica 7,5. 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 = 9x̄₁ = 105,5s₁ = 11n₂ = 8x̄₂ = 101,8s₂ = 7,5
t =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −2,57602,576

Una muestra de 49 medidas tiene media 76. La desviación típica poblacional es 12. Calcula el límite superior U del intervalo de confianza del 99 % para la media.

x̄ = 76σ = 12n = 4999%
U =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy257361470580686792xy2466080

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 =
12.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy171011911321124231412515227163xy2025100120140160ŷ = 107

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 = 107?

n = 6ŷ = 107
x =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 7,369

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 = 142/5 = 28,4

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−3,4)² + 12,6² + (−0,4)² + (−6,4)² + (−2,4)² = 217,2

Desviación típica

s = √(217,2/4) = 7,369

Respuesta

s = 7,369
2.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,02275

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 = −2

Tabla de la normal estándar

Φ(−2) = 0,02275
P = 0,02275

Respuesta

P = 0,02275
3.Probabilidad

Respuesta: N = 70

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.

Combinaciones

C(8, 4) = (8·7·6·5)/(4·3·2·1) = 70

Respuesta

N = 70
4.Probabilidad

Respuesta: E(G) = −0,3 €

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.

Resultados netos

G: 1 (p = 0,3), 9 (p = 0,01), −1 (p = 0,69)

Valor esperado

E(G) = 1·0,3 + 9·0,01 − 1·0,69 = −0,3 €

Respuesta

E(G) = −0,3 €

Un valor negativo significa que pierdes dinero de media.

5.Distribución normal

Respuesta: P = 0,305

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 = 144 kg, σT = 0,8·√12 = 2,771 kg

Tipificar

z = (142,6 − 144)/2,771 = −0,51

Probabilidad

P = Φ(−0,51) = 0,305

Respuesta

P = 0,305
6.Distribución normal

Respuesta: x = 87,4 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) = 0,2

z según la tabla

z ≈ −0,84

De vuelta a las unidades originales

x = 100 − 0,84·15 = 87,4 puntos

Respuesta

x = 87,4 puntos
7.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 72,78

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 = 29, t = 2,756

Margen de error

E = 2,756·8,5/√30 = 4,277

Intervalo

68,5 ± 4,277 → [64,22, 72,78]

Respuesta

límite superior = 72,78
8.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 3692

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 = (1,96·31/1)² = 3692

Redondear hacia arriba

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

n = 3692

Respuesta

n = 3692
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 0,7992

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 = (8·11² + 7·7,5²)/15 = 90,78
sp = 9,528

Error típico

SE = 9,528·√(1/9 + 1/8) = 4,63

Estadístico de contraste

t = (105,5 − 101,8)/4,63 = 0,7992

Respuesta

t = 0,7992

Con gl = 15, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,131; |t| es menor, así que no se rechaza H₀.

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: U = 80,42

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 = 2,576·12/√49 = 4,416

Límite del intervalo

U = 76 + 4,416 = 80,42

Respuesta

U = 80,42
11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9881

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 = 27/6 = 4,5
ȳ = 446/6 = 74,33

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 130
Syy = Σ(y − ȳ)² = 977,3

Coeficiente de determinación

r² = 130²/(17,5·977,3) = 0,9881

Respuesta

r² = 0,9881

Aproximadamente el 98,81 % de la variación de y queda explicada por la recta.

12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 18,01

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 = 132/6 = 22
ȳ = 794/6 = 132,3

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 444

Recta de regresión

b = 444/70 = 6,343
a = 132,3 − 6,343·22 = −7,21
ŷ = −7,21 + 6,343·x

Despeja x

x = (107 − (−7,21))/6,343 = 18,01

Respuesta

x = 18,01

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