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
202530354045

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 31, 39, 45, 18, 45, 22, 38.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 70 y desviación típica 8. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 78?

μ = 70σ = 8x = 78
P =
3.ProbabilidadMedia
n = 7k = 5N = ?

¿De cuántas formas N se puede elegir un comité de 5 personas entre un grupo de 7? El orden no importa.

n = 7k = 5
N =
4.ProbabilidadDifícil
n = 8, p = 0,4: P(X = 2) = ?k012345678

Un examen tiene 8 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,4, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 2?

n = 8p = 0,4k = 2
P =
5.Distribución normalMedia
242,5251,25P = ?

Supón que los pesos de las bolsas siguen una distribución normal con media 250 g y desviación típica 5 g. ¿Qué fracción está entre 242,5 y 251,25 g? Da P como número decimal.

μ = 250σ = 5x1 = 242,5x2 = 251,25
P =
6.Distribución normalDifícil
235240245250255260265ginferior 40%

Para los pesos de las bolsas, la distribución es normal, con media 250 g y desviación típica 5 g. Arrastra el punto de corte para que el 40 % inferior sombreado quede a su izquierda. Halla el punto de corte x.

μ = 250 gσ = 5 g40%
x = g
7.Intervalos de confianzaMedia
n = 11, sd​ = 7,20LUd̄ = −9E = ?95%

Se mide la tensión arterial de 11 pacientes antes y después de un tratamiento. Las diferencias d = antes − después (mmHg) tienen media −9 y desviación típica 7,2. Halla el margen de error E del intervalo de confianza del 95 % para la diferencia media.

n = 11d̄ = −9sd = 7,295%t(10) = 2,228
E = mmHg
8.Intervalos de confianzaDifícil
σ = 19, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

La desviación típica poblacional es 19. ¿Qué tamaño muestral n necesitas para que un intervalo de confianza del 99 % para la media tenga un margen de error de como máximo 2?

σ = 19E = 299%
n =
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −2,01102,011

Una muestra de 49 estudiantes tiene una nota media de 45,54 y una desviación típica muestral de 12. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 45,54s = 12n = 49
t =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
−1,961,96z = ?

En un ensayo se recuperan 42 de 120 pacientes con el tratamiento A y 26 de 100 pacientes con el tratamiento B. Usando la proporción combinada, halla el estadístico de contraste z para H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 42n₁ = 120x₂ = 26n₂ = 100
z =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy344455554661766877xy4686080

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = gasto en publicidad en miles de € e y = ventas en miles de €. Se dan sus sumas. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r a partir de estas sumas.

n = 6Σx = 33Σy = 357Σx² = 199Σy² = 21883Σxy = 2066
r =
12.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy124222320418518xy2418202224ŷ = 18

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = antigüedad del coche en años e y = precio en miles de €. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. ¿Para qué valor x predice la recta ŷ = 18?

n = 5ŷ = 18
x =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 10,74

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 = 238/7 = 34

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−3)² + 5² + 11² + (−16)² + 11² + (−12)² + 4² = 692

Desviación típica

s = √(692/6) = 10,74

Respuesta

s = 10,74
2.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
3.Probabilidad

Respuesta: N = 21

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(7, 5) = (7·6·5·4·3)/(5·4·3·2·1) = 21

Respuesta

N = 21
4.Probabilidad

Respuesta: P = 0,209

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) = 28·0,42·0,66 = 28·0,16·0,04666 = 0,209

Respuesta

P = 0,209
5.Distribución normal

Respuesta: P = 0,5319

Distribución normal: convierte un valor x en una puntuación z, z = (x − μ)/σ, que indica a cuántas desviaciones típicas está de la media. Una tabla z (o Φ(z)) da el área a la izquierda de z, que es P(X < x). El área a la derecha es 1 − Φ(z), y el área entre dos valores es la diferencia de sus dos áreas.

Puntuaciones z

z₁ = (242,5 − 250)/5 = −1,5
z₂ = (251,25 − 250)/5 = 0,25

Área entre ambos valores

P = Φ(0,25) − Φ(−1,5) = 0,5987 − 0,06681 = 0,5319

Respuesta

P = 0,5319
6.Distribución normal

Respuesta: x = 248,8 g

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) = 0,4

z según la tabla

z ≈ −0,25

De vuelta a las unidades originales

x = 250 − 0,25·5 = 248,8 g

Respuesta

x = 248,8 g
7.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 4,837 mmHg

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.

Valor crítico

df = 10, t = 2,228

Margen de error

E = 2,228·7,2/√11 = 4,837

Respuesta

E = 4,837 mmHg
8.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 599

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 = (2,576·19/2)² = 598,9

Redondear hacia arriba

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

n = 599

Respuesta

n = 599
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −2,602

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 = 12/√49 = 12/7 = 1,714

Estadístico de contraste

t = (45,54 − 50)/1,714 = −2,602

Respuesta

t = −2,602
t0,025; df = 48 = 2,011

|t| > 2,011, así que se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = 1,438

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 = 42/120 = 0,35
p̂₂ = 26/100 = 0,26
p̂ = 68/220 = 0,3091

Error típico bajo H₀

SE = √(0,3091·0,6909·(1/120 + 1/100)) = 0,06257

Estadístico de contraste

z = (0,35 − 0,26)/0,06257 = 1,438

Respuesta

z = 1,438

|z| < 1.96, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9674

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.

Sumas centradas

Sxy = 2066 − 33·357/6 = 102,5
Sxx = 199 − 33²/6 = 17,5
Syy = 21883 − 357²/6 = 641,5

Coeficiente de correlación

r = 102,5/√(17,5·641,5) = 0,9674

Respuesta

r = 0,9674
12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: x = 4,5

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 = 102/5 = 20,4

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −16

Recta de regresión

b = −16/10 = −1,6
a = 20,4 − (−1,6)·3 = 25,2
ŷ = 25,2 − 1,6·x

Despeja x

x = (18 − 25,2)/(−1,6) = 4,5

Respuesta

x = 4,5

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