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
1520253035404550

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 13, 30, 34, 20, 12, 15, 52.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 60 y desviación típica 20. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 68?

μ = 60σ = 20x = 68
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 = 8, p = 0,7: P(X = 2) = ?k012345678

Un examen tiene 8 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,7, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 2?

n = 8p = 0,7k = 2
P =
5.Distribución normalMedia
200 mm199,3 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 199,3 mm. Redondea z a dos decimales.

μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 199,3 mm
P =
6.Distribución normalDifícil
157164171178185192199cmsuperior 75%

Para las estaturas de los hombres adultos, la distribución es normal, con media 178 cm y desviación típica 7 cm. Arrastra el punto de corte para que el 75 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 178 cmσ = 7 cm75%
x = cm
7.Intervalos de confianzaMedia
μ₁ − μ₂0LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

Se compara la duración de la batería de dos modelos de móvil. Modelo 1: 50 móviles, media 93 h, desviación típica conocida 4 h. Modelo 2: 80 móviles, media 80,5 h, desviación típica conocida 4 h. Halla el límite superior del intervalo de confianza del 95 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 50x̄₁ = 93 hσ₁ = 4 hn₂ = 80x̄₂ = 80,5 hσ₂ = 4 h95%
límite superior = h
8.Intervalos de confianzaDifícil
μ₁ − μ₂, t(20) = 1,7250LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

Se prueban dos fertilizantes. Grupo de parcelas 1: 5 parcelas, rendimiento medio 40,5 kg, desviación típica 8 kg. Grupo de parcelas 2: 17 parcelas, media 41,5 kg, desviación típica 8,5 kg. Supón varianzas iguales (t con varianza combinada, gl = n₁ + n₂ − 2). Halla el margen de error E del intervalo de confianza del 90 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 5x̄₁ = 40,5s₁ = 8n₂ = 17x̄₂ = 41,5s₂ = 8,590%t(20) = 1,725
E = kg
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,98401,984

Una muestra de 100 estudiantes tiene una nota media de 118,6 y una desviación típica muestral de 10. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 118,6s = 10n = 100
t =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

¿Qué tamaño debe tener una muestra para que el intervalo de confianza del 95 % para una media tenga un margen de error de como mucho 2,5? La desviación típica es 20. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 20E = 2,595%
n =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy264136218271029xy510102030

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 5
r² =
12.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy35656377198311861396xy5106080100x = 12

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. Predice ŷ para x = 12.

n = 6x = 12
ŷ =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 14,57

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 = 176/7 = 25,14

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−12,14)² + 4,857² + 8,857² + (−5,143)² + (−13,14)² + (−10,14)² + 26,86² = 1273

Desviación típica

s = √(1273/6) = 14,57

Respuesta

s = 14,57
2.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,3446

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 = 0,4

Tabla de la normal estándar

Φ(0,4) = 0,6554
P = 1 − 0,6554 = 0,3446

Respuesta

P = 0,3446
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 = 0,01

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) = 28·0,72·0,36 = 28·0,49·0,000729 = 0,01

Respuesta

P = 0,01
5.Distribución normal

Respuesta: P = 0,9192

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 = (199,3 − 200)/0,5 = −1,4

Cola superior

P = 1 − Φ(−1,4) = 1 − 0,08076 = 0,9192

Respuesta

P = 0,9192
6.Distribución normal

Respuesta: x = 173,3 cm

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) = 0,25

z según la tabla

z ≈ −0,67

De vuelta a las unidades originales

x = 178 − 0,67·7 = 173,3 cm

Respuesta

x = 173,3 cm
7.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 13,91 h

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.

Estimación puntual

x̄₁ − x̄₂ = 93 − 80,5 = 12,5

Error típico

SE = √(4²/50 + 4²/80) = 0,7211

Margen de error

E = 1,96·0,7211 = 1,413

Intervalo

12,5 ± 1,413 → [11,09, 13,91]

Respuesta

límite superior = 13,91 h

El intervalo no contiene el 0, así que las medias difieren significativamente.

8.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 7,374 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 = (4·8² + 16·8,5²)/20 = 70,6
sp = 8,402

Margen de error

E = 1,725·8,402·√(1/5 + 1/17) = 7,374

Respuesta

E = 7,374 kg
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = −1,4

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/√100 = 10/10 = 1

Estadístico de contraste

t = (118,6 − 120)/1 = −1,4

Respuesta

t = −1,4
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| < 1.984, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 246

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).

Despejar n

n = (1,96·20/2,5)² = 245,9

Redondear hacia arriba

n = 246

Respuesta

n = 246
11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9657

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 = 30/5 = 6
ȳ = 96/5 = 19,2

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 120
Syy = Σ(y − ȳ)² = 372,8

Coeficiente de determinación

r² = 120²/(40·372,8) = 0,9657

Respuesta

r² = 0,9657

Aproximadamente el 96,57 % de la variación de y queda explicada por la recta.

12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 91,89

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 = 48/6 = 8
ȳ = 455/6 = 75,83

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 281

Recta de regresión

b = 281/70 = 4,014
a = 75,83 − 4,014·8 = 43,72
ŷ = 43,72 + 4,014·x

Predicción

ŷ = 43,72 + 4,014·12 = 91,89

Respuesta

ŷ = 91,89

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