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
202530354045505560

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 16, 50, 60, 58, 43, 24, 32.

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

Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 60 y desviación típica 12. Calcula la puntuación z z de una nota de 50,4.

μ = 60σ = 12x = 50,4
z =
3.ProbabilidadMedia
n = 10k = 5N = ?

¿De cuántas formas N se puede elegir un comité de 5 personas entre un grupo de 10? El orden no importa.

n = 10k = 5
N =
4.ProbabilidadDifícil
n = 11, p = 0,7: P(X = 5) = ?k01234567891011

Un examen tiene 11 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 5?

n = 11p = 0,7k = 5
P =
5.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada a la derecha de z = 0,9251

Arrastra z para que el área sombreada bajo la curva normal estándar, a la derecha de z, sea 0,9251. Halla z con dos decimales.

A = 0,9251
z =
6.Distribución normalDifícil
10 cm0X − Y?

Las alturas X de los hombres e Y de las mujeres de un grupo son independientes y normales: X tiene media 180 cm y desviación típica 10 cm, Y tiene media 170 cm y desviación típica 12 cm. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
7.Intervalos de confianzaMedia
n = 16, s = 14,5LU = ?x̄ = 40E90%

Una muestra de 16 elementos tiene media 40 y desviación típica s = 14,5. La población es aproximadamente normal. Calcula el límite superior del intervalo de confianza del 90 % para la media.

n = 16x̄ = 40s = 14,590%t(15) = 1,753
límite superior =
8.Intervalos de confianzaDifícil
μ₁ − μ₂, t(19) = 1,7290LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

Se prueban dos fertilizantes. Grupo de parcelas 1: 8 parcelas, rendimiento medio 74,5 kg, desviación típica 6,5 kg. Grupo de parcelas 2: 13 parcelas, media 78,5 kg, desviación típica 8 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 = 8x̄₁ = 74,5s₁ = 6,5n₂ = 13x̄₂ = 78,5s₂ = 890%t(19) = 1,729
E = kg
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −1,99801,998

Una muestra de 64 estudiantes tiene una nota media de 501,7 y una desviación típica muestral de 8. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 500.

μ₀ = 500x̄ = 501,7s = 8n = 64
t =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
z −1,9601,96

Una muestra de 36 medidas tiene media 72,8. La desviación típica poblacional es 10. Calcula el límite inferior L del intervalo de confianza del 95 % para la media.

x̄ = 72,8σ = 10n = 3695%
L =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy1783199321962311125121xy202580100120

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Halla el coeficiente de determinación r² de la recta de mínimos cuadrados.

n = 5
r² =
12.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy1323485577729761187xy510406080x = 8

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 = 8.

n = 6x = 8
ŷ =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 16,97

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 = 283/7 = 40,43

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−24,43)² + 9,571² + 19,57² + 17,57² + 2,571² + (−16,43)² + (−8,429)² = 1728

Desviación típica

s = √(1728/6) = 16,97

Respuesta

s = 16,97
2.Estadística descriptiva

Respuesta: z = −0,8

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 = (50,4 − 60)/12 = −0,8

Respuesta

z = −0,8
3.Probabilidad

Respuesta: N = 252

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(10, 5) = (10·9·8·7·6)/(5·4·3·2·1) = 252

Respuesta

N = 252
4.Probabilidad

Respuesta: P = 0,05661

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) = 462·0,75·0,36 = 462·0,1681·0,000729 = 0,05661

Respuesta

P = 0,05661
5.Distribución normal

Respuesta: z = −1,44

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 − 0,9251 = 0,0749

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,0749 dentro de la tabla y lee z.

z = −1,44

Respuesta

z = −1,44
6.Distribución normal

Respuesta: P = 0,7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Tipificar

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilidad

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Respuesta

P = 0,7389
7.Intervalos de confianza

Respuesta: límite superior = 46,35

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 = 1,753

Margen de error

E = 1,753·14,5/√16 = 6,355

Intervalo

40 ± 6,355 → [33,65, 46,35]

Respuesta

límite superior = 46,35
8.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 5,813 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 = (7·6,5² + 12·8²)/19 = 55,99
sp = 7,482

Margen de error

E = 1,729·7,482·√(1/8 + 1/13) = 5,813

Respuesta

E = 5,813 kg
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: t = 1,7

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 = 8/√64 = 8/8 = 1

Estadístico de contraste

t = (501,7 − 500)/1 = 1,7

Respuesta

t = 1,7
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| < 1.998, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: L = 69,53

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 = 1,96·10/√36 = 3,267

Límite del intervalo

L = 72,8 − 3,267 = 69,53

Respuesta

L = 69,53
11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,968

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 = 105/5 = 21
ȳ = 504/5 = 100,8

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 188
Syy = Σ(y − ȳ)² = 912,8

Coeficiente de determinación

r² = 188²/(40·912,8) = 0,968

Respuesta

r² = 0,968

Aproximadamente el 96,8 % de la variación de y queda explicada por la recta.

12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 72,69

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 = 36/6 = 6
ȳ = 372/6 = 62

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 374

Recta de regresión

b = 374/70 = 5,343
a = 62 − 5,343·6 = 29,94
ŷ = 29,94 + 5,343·x

Predicción

ŷ = 29,94 + 5,343·8 = 72,69

Respuesta

ŷ = 72,69

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