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: 17, 13, 31, 27, 52, 20, 33.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 170 y desviación típica 10. ¿Qué proporción P de valores está por debajo de 180?

μ = 170σ = 10x = 180
P =
3.ProbabilidadMedia
xp(x)00,2510,120,3530,2540,05μ = 1,75

Para la distribución mostrada, halla la desviación típica σ de X.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,25, 0,1, 0,35, 0,25, 0,05
σ =
4.ProbabilidadDifícil
n = 6, p = 0,7: P(X ≤ 1) = ?k0123456

Se prueban 6 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,7, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?

n = 6p = 0,7
P =
5.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada a la derecha de z = 0,8078

Arrastra z para que el área sombreada bajo la curva normal estándar, a la derecha de z, sea 0,8078. Halla z con dos decimales.

A = 0,8078
z =
6.Distribución normalDifícil
235240245250255260265ginferior 15%

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 15 % inferior sombreado quede a su izquierda. Halla el punto de corte x.

μ = 250 gσ = 5 g15%
x = g
7.Intervalos de confianzaMedia
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

Se compara la duración de la batería de dos modelos de móvil. Modelo 1: 30 móviles, media 93 h, desviación típica conocida 11 h. Modelo 2: 60 móviles, media 108 h, desviación típica conocida 4 h. Halla el margen de error E del intervalo de confianza del 90 % para μ₁ − μ₂.

n₁ = 30x̄₁ = 93 hσ₁ = 11 hn₂ = 60x̄₂ = 108 hσ₂ = 4 h90%
E = h
8.Intervalos de confianzaDifícil
p ≈ 0,8, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0199%

Un estudio piloto indica que aproximadamente 0,8 de los productos son defectuosos. ¿Cuántos productos n hay que inspeccionar para que un intervalo de confianza del 99 % para la proporción tenga un margen de error de como máximo 0,01?

p ≈ 0,8E = 0,0199%
n =
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
t −2,06402,064

Una muestra de 25 estudiantes tiene una nota media de 101,7 y una desviación típica muestral de 5. Calcula el estadístico de contraste t para H₀: μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 101,7s = 5n = 25
t =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
σ = 8, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,599%

¿Qué tamaño debe tener una muestra para que el intervalo de confianza del 99 % para una media tenga un margen de error de como mucho 2,5? La desviación típica es 8. Calcula el menor tamaño muestral n.

σ = 8E = 2,599%
n =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy2324426508601074xy5104060

La tabla da 5 observaciones emparejadas de x = gasto en publicidad en miles de € e y = ventas en miles de €. Halla el coeficiente de correlación de Pearson r.

n = 5
r =
12.Regresión lineal y correlaciónDifícil
xy16771910122103251242813531148xy15202530100150x = 17,5

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = temperatura en °C e y = helados vendidos. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Predice ŷ para x = 17,5.

n = 6x = 17,5
ŷ =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 13,04

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 = 193/7 = 27,57

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−10,57)² + (−14,57)² + 3,429² + (−0,5714)² + 24,43² + (−7,571)² + 5,429² = 1020

Desviación típica

s = √(1020/6) = 13,04

Respuesta

s = 13,04
2.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,8413

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 = 0,8413

Respuesta

P = 0,8413
3.Probabilidad

Respuesta: σ = 1,22

Variables aleatorias discretas: una distribución de probabilidad enumera cada valor x que puede tomar una variable con su probabilidad p(x); las probabilidades están entre 0 y 1 y suman 1. El valor esperado (media) es E(X) = Σx·p(x), el promedio a largo plazo. La varianza es Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², y la desviación típica es σ = √Var(X). Para un cambio lineal Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) y σY = |a|·σX; sumar una constante no cambia la dispersión.

Media

μ = 0·0,25 + 1·0,1 + 2·0,35 + 3·0,25 + 4·0,05 = 1,75

Media de los cuadrados

E(X²) = 0·0,25 + 1·0,1 + 4·0,35 + 9·0,25 + 16·0,05 = 4,55

Varianza

Var(X) = 4,55 − 1,75² = 1,488
σ = √1,488 = 1,22

Respuesta

σ = 1,22
4.Probabilidad

Respuesta: P = 0,01094

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.

Cero y un fallo

P(X = 0) = 0,36 = 0,000729
P(X = 1) = 6·0,7·0,35 = 0,01021

Súmalas

P = 0,000729 + 0,01021 = 0,01094

Respuesta

P = 0,01094
5.Distribución normal

Respuesta: z = −0,87

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 − 0,8078 = 0,1922

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,1922 dentro de la tabla y lee z.

z = −0,87

Respuesta

z = −0,87
6.Distribución normal

Respuesta: x = 244,8 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) = 0,15

z según la tabla

z ≈ −1,04

De vuelta a las unidades originales

x = 250 − 1,04·5 = 244,8 g

Respuesta

x = 244,8 g
7.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 3,411 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 − 108 = −15

Error típico

SE = √(11²/30 + 4²/60) = 2,074

Margen de error

E = 1,645·2,074 = 3,411

Respuesta

E = 3,411 h

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

8.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 10618

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Despejar n

n = 2,576²·0,8·0,2/0,01² = 10617

Redondear hacia arriba

n = 10618

Respuesta

n = 10618
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 = 5/√25 = 5/5 = 1

Estadístico de contraste

t = (101,7 − 100)/1 = 1,7

Respuesta

t = 1,7
t0,025; df = 24 = 2,064

|t| < 2.064, así que no se rechaza H₀ al nivel del 5 % (bilateral).

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 68

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 = (2,576·8/2,5)² = 67,95

Redondear hacia arriba

n = 68

Respuesta

n = 68
11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r = 0,9948

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 = 258/5 = 51,6

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 204
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1051

Coeficiente de correlación

r = 204/√(40·1051) = 0,9948

Respuesta

r = 0,9948
12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 87,35

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 = 141/6 = 23,5
ȳ = 688/6 = 114,7

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 717

Recta de regresión

b = 717/157,5 = 4,552
a = 114,7 − 4,552·23,5 = 7,686
ŷ = 7,686 + 4,552·x

Predicción

ŷ = 7,686 + 4,552·17,5 = 87,35

Respuesta

ŷ = 87,35

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