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
152025303540455055

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 11, 33, 28, 55, 18, 54.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 70 y desviación típica 10. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 55?

μ = 70σ = 10x = 55
P =
3.ProbabilidadMedia
P(al menos un seis) = ??1?2?3?4?5?6?7P(seis) = 1/6 en cada lanzamiento

Se lanza un dado equilibrado 7 veces. ¿Cuál es la probabilidad P de sacar al menos un seis?

n = 7
P =
4.ProbabilidadDifícil
n = 11, p = 0,1: P(X = 5) = ?k01234567891011

Un examen tiene 11 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 5?

n = 11p = 0,1k = 5
P =
5.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,9545

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,9545. Halla z con dos decimales.

A = 0,9545
z =
6.Distribución normalDifícil
0,03 mm0D − d?

Los diámetros D de los agujeros son normales con media 25,03 mm y desviación típica 0,02 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 = 25,03 mm, σ = 0,02 mmeje: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =
7.Intervalos de confianzaMedia
n = 16, s = 9L = ?Ux̄ = 97,5E99%

Una muestra de 16 elementos tiene media 97,5 y desviación típica s = 9. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite inferior del intervalo de confianza del 99 % para la media.

n = 16x̄ = 97,5s = 999%t(15) = 2,947
límite inferior =
8.Intervalos de confianzaDifícil
μ₁ − μ₂, t(10) = 3,1690LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

Se prueban dos fertilizantes. Grupo de parcelas 1: 6 parcelas, rendimiento medio 58 kg, desviación típica 9 kg. Grupo de parcelas 2: 6 parcelas, media 53,5 kg, desviación típica 3,5 kg. Supón varianzas iguales (t con varianza combinada, gl = n₁ + n₂ − 2). Halla el margen de error E del intervalo de confianza del 99 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 6x̄₁ = 58s₁ = 9n₂ = 6x̄₂ = 53,5s₂ = 3,599%t(10) = 3,169
E = kg
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −2,13102,131

Una muestra de 16 estudiantes tiene una nota media de 45,5 y una desviación típica muestral de 10. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 45,5s = 10n = 16
t =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −2,57602,576

Una muestra de 49 medidas tiene media 498,9. La desviación típica poblacional es 20. Calcula el límite superior U del intervalo de confianza del 99 % para la media.

x̄ = 498,9σ = 20n = 4999%
U =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy331433543646752xy46304050

La tabla da 5 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 = 5Σx = 25Σy = 205Σx² = 135Σy² = 8719Σxy = 1080
r =
12.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy3365437539661170xy5104060x = 10

La tabla da 5 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 (10, 72). Halla su residuo e = y − ŷ.

n = 5(10, 72)
e =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 18,21

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 = 199/6 = 33,17

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−22,17)² + (−0,1667)² + (−5,167)² + 21,83² + (−15,17)² + 20,83² = 1659

Desviación típica

s = √(1659/5) = 18,21

Respuesta

s = 18,21
2.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,9332

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 = −1,5

Tabla de la normal estándar

Φ(−1,5) = 0,06681
P = 1 − 0,06681 = 0,9332

Respuesta

P = 0,9332
3.Probabilidad

Respuesta: P = 0,7209

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)7 = 0,2791
P = 1 − 0,2791 = 0,7209

Respuesta

P = 0,7209
4.Probabilidad

Respuesta: P = 0,002455

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 = 5) = 462·0,15·0,96 = 462·1 × 10⁻⁵·0,5314 = 0,002455

Respuesta

P = 0,002455
5.Distribución normal

Respuesta: z = 2

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 de z

Φ(z) = (1 + 0,9545)/2 = 0,9772

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,9772 dentro de la tabla y lee z.

z = 2,00

Respuesta

z = 2,00
6.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9099

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 = 25,03 − 25 = 0,03 mm, σ = 0,02236 mm

Tipificar

z = (0 − 0,03)/0,02236 = −1,34

Probabilidad

P = 1 − Φ(−1,34) = 0,9099

Respuesta

P = 0,9099
7.Intervalos de confianza

Respuesta: límite inferior = 90,87

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 = 15, t = 2,947

Margen de error

E = 2,947·9/√16 = 6,631

Intervalo

97,5 ± 6,631 → [90,87, 104,1]

Respuesta

límite inferior = 90,87
8.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 12,49 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 = (5·9² + 5·3,5²)/10 = 46,63
sp = 6,828

Margen de error

E = 3,169·6,828·√(1/6 + 1/6) = 12,49

Respuesta

E = 12,49 kg
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −1,8

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).

Error típico

SE = 10/√16 = 10/4 = 2,5

Estadístico de contraste

t = (45,5 − 50)/2,5 = −1,8

Respuesta

t = −1,8
t0,025; df = 15 = 2,131

|t| < 2.131, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: U = 506,3

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 = 2,576·20/√49 = 7,36

Límite del intervalo

U = 498,9 + 7,36 = 506,3

Respuesta

U = 506,3
11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9815

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 = 1080 − 25·205/5 = 55
Sxx = 135 − 25²/5 = 10
Syy = 8719 − 205²/5 = 314

Coeficiente de correlación

r = 55/√(10·314) = 0,9815

Respuesta

r = 0,9815
12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: e = 4,75

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 = 35/5 = 7
ȳ = 268/5 = 53,6

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 182

Recta de regresión

b = 182/40 = 4,55
a = 53,6 − 4,55·7 = 21,75
ŷ = 21,75 + 4,55·x

Valor predicho

ŷ = 21,75 + 4,55·10 = 67,25

Residuo

e = 72 − 67,25 = 4,75

Respuesta

e = 4,75

El punto está por encima de la recta.

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