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.

Problemas nuevosVolver a la asignatura

En la ventana de impresión, elige «Guardar como PDF» para conservar una copia en tu dispositivo.

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
1520253035404550

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 46, 28, 54, 53, 24, 12.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 50 y desviación típica 15. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 80?

μ = 50σ = 15x = 80
P =
3.ProbabilidadMedia
xp(x)00,1510,220,1530,3540,15μ = 2,15

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,15, 0,2, 0,15, 0,35, 0,15
Var(X) =
4.ProbabilidadDifícil
xp(x)10,120,3530,2540,3μ

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

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,1, 0,35, 0,25, 0,3Y = 10X + 10
σY =
5.Distribución normalMedia
250 kg252,4 kgT = X₁ + … + X₁₀?

Las masas de sacos de cemento son independientes y normales con media 25 kg y desviación típica 0,5 kg. Halla la probabilidad P de que la masa total de 10 de ellos sea inferior a 252,4 kg. Redondea z a dos decimales.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 10< 252.4 kg
P =
6.Distribución normalDifícil
10 g0X − Y?

La masa X de un producto de la línea 1 e Y de la línea 2 son independientes y normales: X tiene media 500 g y desviación típica 8 g, Y tiene media 490 g y desviación típica 6 g. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
7.Intervalos de confianzaMedia
x̄E₁ = 5,190%, n = 36x̄E₂ = ?95%, n = 144

Un intervalo de confianza del 90 % para una media, basado en 36 observaciones y una σ conocida, tiene un margen de error de 5,1. ¿Cuál es el margen de error E₂ de un intervalo del 95 % basado en 144 observaciones?

90%n₁ = 36E₁ = 5,195%n₂ = 144
E₂ =
8.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 15, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1,595%

La desviación típica poblacional es 15. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 1,5?

σ = 15E = 1,595%
n =
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,0862,086t = ?df = 20

Se comparan dos métodos de enseñanza. Grupo 1: 5 estudiantes, nota media 39, desviación típica 5,5. Grupo 2: 17 estudiantes, nota media 40,9, desviación típica 2. 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 = 5x̄₁ = 39s₁ = 5,5n₂ = 17x̄₂ = 40,9s₂ = 2
t =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
−1,961,96z = ?

En un ensayo se recuperan 38 de 150 pacientes con el tratamiento A y 51 de 300 pacientes con el tratamiento B. Usando la proporción combinada, halla el estadístico de contraste z para H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 38n₁ = 150x₂ = 51n₂ = 300
z =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy1433455587619691176xy51060

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 6
r =
12.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy241347456558656xy246405060x = 3,5

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = horas de estudio e y = nota del examen. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Se hace una nueva observación (3,5, 55). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 5(3,5, 55)
e =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 17,3

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 = 217/6 = 36,17

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = 9,833² + (−8,167)² + 17,83² + 16,83² + (−12,17)² + (−24,17)² = 1497

Desviación típica

s = √(1497/5) = 17,3

Respuesta

s = 17,3
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) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275

Respuesta

P = 0,02275
3.Probabilidad

Respuesta: Var(X) = 1,728

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

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,15 + 1·0,2 + 4·0,15 + 9·0,35 + 16·0,15 = 6,35

Varianza

Var(X) = 6,35 − 2,15² = 1,728

Respuesta

Var(X) = 1,728
4.Probabilidad

Respuesta: σY = 9,937

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 = 2,75, Var(X) = 0,9875, σX = 0,9937

Cambio lineal

σY = |10|·0,9937 = 9,937

Respuesta

σY = 9,937

La media sí se desplaza: E(Y) = 10·2,75 + 10 = 37,5.

5.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9357

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 = 250 kg, σT = 0,5·√10 = 1,581 kg

Tipificar

z = (252,4 − 250)/1,581 = 1,52

Probabilidad

P = Φ(1,52) = 0,9357

Respuesta

P = 0,9357
6.Distribución normal

Respuesta: P = 0,8413

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 = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

Tipificar

z = (0 − 10)/10 = −1

Probabilidad

P = 1 − Φ(−1) = 0,8413

Respuesta

P = 0,8413
7.Intervalos de confianza

Respuesta: E₂ = 3,038

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Relación de márgenes

E₂/E₁ = (1,96/1,645)·√(36/144) = 0,5957

Nuevo margen

E₂ = 5,1·0,5957 = 3,038

Respuesta

E₂ = 3,038
8.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 385

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 = (1,96·15/1,5)² = 384,2

Redondear hacia arriba

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

n = 385

Respuesta

n = 385
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −1,228

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 = (4·5,5² + 16·2²)/20 = 9,25
sp = 3,041

Error típico

SE = 3,041·√(1/5 + 1/17) = 1,547

Estadístico de contraste

t = (39 − 40,9)/1,547 = −1,228

Respuesta

t = −1,228

Con gl = 20, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,086; |t| es menor, así que no se rechaza H₀.

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = 2,092

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.

Proporciones muestrales

p̂₁ = 38/150 = 0,2533
p̂₂ = 51/300 = 0,17
p̂ = 89/450 = 0,1978

Error típico bajo H₀

SE = √(0,1978·0,8022·(1/150 + 1/300)) = 0,03983

Estadístico de contraste

z = (0,2533 − 0,17)/0,03983 = 2,092

Respuesta

z = 2,092

|z| > 1,96, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9866

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 = 36/6 = 6
ȳ = 352/6 = 58,67

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 240
Syy = Σ(y − ȳ)² = 845,3

Coeficiente de correlación

r = 240/√(70·845,3) = 0,9866

Respuesta

r = 0,9866
12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = 5,45

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 = 258/5 = 51,6

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 41

Recta de regresión

b = 41/10 = 4,1
a = 51,6 − 4,1·4 = 35,2
ŷ = 35,2 + 4,1·x

Valor predicho

ŷ = 35,2 + 4,1·3,5 = 49,55

Residuo

e = 55 − 49,55 = 5,45

Respuesta

e = 5,45

El punto está por encima de la recta.

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-1