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
2025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 19, 39, 56, 46, 34, 49, 39.

n = 7
s =
2.Estadística descriptivaDifícil
z −2−1012

Una magnitud sigue una distribución normal con media 60 y desviación típica 15. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 42?

μ = 60σ = 15x = 42
P =
3.ProbabilidadMedia
rojas: 7azules: 4

Una bolsa tiene 7 bolas rojas y 4 azules. Sacas dos bolas sin devolver la primera. ¿Cuál es la probabilidad P de que las dos sean rojas?

7 / 4
P =
4.ProbabilidadDifícil
n = 5, p = 0,1: P(X = 2) = ?k012345

Un examen tiene 5 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 2?

n = 5p = 0,1k = 2
P =
5.Distribución normalMedia
200 mm199,5 mmX + Y?

X es normal con media 120 mm y desviación típica 0,3 mm; Y es independiente y normal con media 80 mm y desviación típica 0,4 mm. Halla la probabilidad P de que X + Y sea mayor que 199,5 mm. Redondea z a dos decimales.

μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 199,5 mm
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
n = 11, s = 7LU = ?x̄ = 30,5E95%

Una muestra de 11 elementos tiene media 30,5 y desviación típica s = 7. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 95 % para la media.

n = 11x̄ = 30,5s = 795%t(10) = 2,228
límite superior =
8.Intervalos de confianzaDifícil
μ₁ − μ₂, t(29) = 2,0450LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

Se prueban dos fertilizantes. Grupo de parcelas 1: 7 parcelas, rendimiento medio 59 kg, desviación típica 5 kg. Grupo de parcelas 2: 24 parcelas, media 51,5 kg, desviación típica 9,5 kg. Supón varianzas iguales (t con varianza combinada, gl = n₁ + n₂ − 2). Halla el límite superior del intervalo de confianza del 95 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 7x̄₁ = 59s₁ = 5n₂ = 24x̄₂ = 51,5s₂ = 9,595%t(29) = 2,045
límite superior = kg
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−2,3062,306t = ?df = 8

9 empleados hacen una prueba de mecanografía antes y después de un curso de formación. Para cada persona se registra la diferencia d = después − antes (palabras por minuto). La diferencia media es 4,14 y la desviación típica de las diferencias es 6,9. Halla el estadístico del contraste para datos emparejados t para H₀: μd = 0.

n = 9d̄ = 4,14sd = 6,9
t =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −1,64501,645

Una muestra de 36 medidas tiene media 76. La desviación típica poblacional es 5. Calcula el límite superior U del intervalo de confianza del 90 % para la media.

x̄ = 76σ = 5n = 3690%
U =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy155364577783993xy56080

La tabla da 5 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 = 5
r² =
12.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy24044965886210721284xy510406080x = 9

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = gasto en publicidad en miles de € e y = ventas en miles de €. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Se hace una nueva observación (9, 64). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 6(9, 64)
e =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 11,91

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 = 282/7 = 40,29

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−21,29)² + (−1,286)² + 15,71² + 5,714² + (−6,286)² + 8,714² + (−1,286)² = 851,4

Desviación típica

s = √(851,4/6) = 11,91

Respuesta

s = 11,91
2.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,8849

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 = −1,2

Tabla de la normal estándar

Φ(−1,2) = 0,1151
P = 1 − 0,1151 = 0,8849

Respuesta

P = 0,8849
3.Probabilidad

Respuesta: P = 0,3818

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 = 7/11 · 6/10 = 42/110 = 0,3818

Respuesta

P = 0,3818
4.Probabilidad

Respuesta: P = 0,0729

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 = 2) = 10·0,12·0,93 = 10·0,01·0,729 = 0,0729

Respuesta

P = 0,0729
5.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 suma

μ = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm

Tipificar

z = (199,5 − 200)/0,5 = −1

Cola superior

P = 1 − Φ(−1) = 1 − 0,1587 = 0,8413

Respuesta

P = 0,8413
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: límite superior = 35,2

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 = 10, t = 2,228

Margen de error

E = 2,228·7/√11 = 4,702

Intervalo

30,5 ± 4,702 → [25,8, 35,2]

Respuesta

límite superior = 35,2
8.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 15,2 kg

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

Desviación típica combinada

sp² = (6·5² + 23·9,5²)/29 = 76,75
sp = 8,761

Margen de error

E = 2,045·8,761·√(1/7 + 1/24) = 7,696

Intervalo

7,5 ± 7,696 → [−0,1959, 15,2]

Respuesta

límite superior = 15,2 kg
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 1,8

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Error típico de la diferencia media

SE = 6,9/√9 = 2,3

Estadístico de contraste

t = 4,14/2,3 = 1,8

Respuesta

t = 1,8

Con gl = 8, el valor crítico bilateral al 5 % es 2,306; |t| es menor, así que no se rechaza H₀.

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: U = 77,37

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 = 1,645·5/√36 = 1,371

Límite del intervalo

U = 76 + 1,371 = 77,37

Respuesta

U = 77,37
11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9905

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 = 25/5 = 5
ȳ = 372/5 = 74,4

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 190
Syy = Σ(y − ȳ)² = 911,2

Coeficiente de determinación

r² = 190²/(40·911,2) = 0,9905

Respuesta

r² = 0,9905

Aproximadamente el 99,05 % de la variación de y queda explicada por la recta.

12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = −5,205

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 = 42/6 = 7
ȳ = 365/6 = 60,83

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 293

Recta de regresión

b = 293/70 = 4,186
a = 60,83 − 4,186·7 = 31,53
ŷ = 31,53 + 4,186·x

Valor predicho

ŷ = 31,53 + 4,186·9 = 69,2

Residuo

e = 64 − 69,2 = −5,205

Respuesta

e = −5,205

El punto está por debajo de la recta.

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