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: 14, 23, 41, 27, 30, 50.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 50 y desviación típica 20. Calcula la puntuación z z de una nota de 90.

μ = 50σ = 20x = 90
z =
3.ProbabilidadMedia
P(al menos un seis) = ??1?2?3?4?5?6P(seis) = 1/6 en cada lanzamiento

Se lanza un dado equilibrado 6 veces. ¿Cuál es la probabilidad P de sacar al menos un seis?

n = 6
P =
4.ProbabilidadDifícil
xp(x)00,310,0520,230,340,15μ

X tiene la distribución mostrada, y Y = 0,5X + 10. Halla la desviación típica σY de Y.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,05, 0,2, 0,3, 0,15Y = 0,5X + 10
σY =
5.Distribución normalMedia
1020 kg1103 kgT = X₁ + … + X₁₂?

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 12 de ellos sea inferior a 1103 kg. Redondea z a dos decimales.

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 12< 1103 kg
P =
6.Distribución normalDifícil
0,04 mm0D − d?

Los diámetros D de los agujeros son normales con media 25,04 mm y desviación típica 0,015 mm. Los diámetros d de los ejes son independientes y normales con media 25 mm y desviación típica 0,01 mm. Un eje elegido al azar encaja cuando D − d > 0. Halla la probabilidad P de que encaje. Redondea z a dos decimales.

agujero: μ = 25,04 mm, σ = 0,015 mmeje: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =
7.Intervalos de confianzaMedia
n = 25, s = 5LUx̄ = 55E = ?90%

Una muestra de 25 elementos tiene media 55 y desviación típica s = 5. La población es aproximadamente normal. Calcula el margen de error E de un intervalo de confianza del 90 % para la media.

n = 25x̄ = 55s = 590%t(24) = 1,711
E =
8.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 16, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

La desviación típica poblacional es 16. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 95 % para la media tenga un margen de error de como máximo 4?

σ = 16E = 495%
n =
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−1,961,96z = ?

Dos líneas de producción fabrican la misma pieza. Línea 1: una muestra de 30 piezas tiene una longitud media de 94,5 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 19 mm. Línea 2: una muestra de 100 piezas tiene una media de 103,1 mm, con desviación típica conocida de 18 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 30x̄₁ = 94,5 mmσ₁ = 19 mmn₂ = 100x̄₂ = 103,1 mmσ₂ = 18 mm
z =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −1,64501,645

Una muestra de 49 medidas tiene media 498,6. La desviación típica poblacional es 12. Calcula el límite inferior L del intervalo de confianza del 90 % para la media.

x̄ = 498,6σ = 12n = 4990%
L =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy124222319419515xy24152025

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 5
r² =
12.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy18682080227924932696xy2025708090ŷ = 94

La tabla da 5 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 = 94?

n = 5ŷ = 94
x =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 12,89

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 = 185/6 = 30,83

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−16,83)² + (−7,833)² + 10,17² + (−3,833)² + (−0,8333)² + 19,17² = 830,8

Desviación típica

s = √(830,8/5) = 12,89

Respuesta

s = 12,89
2.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 = (90 − 50)/20 = 2

Respuesta

z = 2
3.Probabilidad

Respuesta: P = 0,6651

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)6 = 0,3349
P = 1 − 0,3349 = 0,6651

Respuesta

P = 0,6651
4.Probabilidad

Respuesta: σY = 0,7327

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 = 1,95, Var(X) = 2,148, σX = 1,465

Cambio lineal

σY = |0,5|·1,465 = 0,7327

Respuesta

σY = 0,7327

La media sí se desplaza: E(Y) = 0,5·1,95 + 10 = 10,97.

5.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9772

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 = 1020 kg, σT = 12·√12 = 41,57 kg

Tipificar

z = (1103 − 1020)/41,57 = 2

Probabilidad

P = Φ(2) = 0,9772

Respuesta

P = 0,9772
6.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9868

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 = 25,04 − 25 = 0,04 mm, σ = 0,01803 mm

Tipificar

z = (0 − 0,04)/0,01803 = −2,22

Probabilidad

P = 1 − Φ(−2,22) = 0,9868

Respuesta

P = 0,9868
7.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 1,711

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 = 24, t = 1,711

Margen de error

E = 1,711·5/√25 = 1,711

Respuesta

E = 1,711
8.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 62

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 = (1,96·16/4)² = 61,47

Redondear hacia arriba

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

n = 62

Respuesta

n = 62
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = −2,201

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.

Error típico de la diferencia

SE = √(19²/30 + 18²/100) = √15,27 = 3,908

Estadístico de contraste

z = (94,5 − 103,1)/3,908 = −2,201

Respuesta

z = −2,201

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

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: L = 495,8

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 = 1,645·12/√49 = 2,82

Límite del intervalo

L = 498,6 − 2,82 = 495,8

Respuesta

L = 495,8
11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9423

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 = 99/5 = 19,8

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −21
Syy = Σ(y − ȳ)² = 46,8

Coeficiente de determinación

r² = −21²/(10·46,8) = 0,9423

Respuesta

r² = 0,9423

Aproximadamente el 94,23 % de la variación de y queda explicada por la recta.

12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 25,13

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 = 110/5 = 22
ȳ = 416/5 = 83,2

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 138

Recta de regresión

b = 138/40 = 3,45
a = 83,2 − 3,45·22 = 7,3
ŷ = 7,3 + 3,45·x

Despeja x

x = (94 − 7,3)/3,45 = 25,13

Respuesta

x = 25,13

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-1