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
10152025303540

Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 28, 22, 40, 44, 37, 10, 41.

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

Una magnitud sigue una distribución normal con media 50 y desviación típica 8. ¿Qué proporción P de valores está por debajo de 46?

μ = 50σ = 8x = 46
P =
3.ProbabilidadMedia
xp(x)10,320,230,2540,150,15μ = 2,6

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

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,3, 0,2, 0,25, 0,1, 0,15
σ =
4.ProbabilidadDifícil
n = 11, p = 0,5: P(X = 5) = ?k01234567891011

Un examen tiene 11 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,5, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 5?

n = 11p = 0,5k = 5
P =
5.Distribución normalMedia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z y z = 0,6875

Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,6875. Halla z con dos decimales.

A = 0,6875
z =
6.Distribución normalDifícil
557085100115130145puntossuperior 80%

Para las puntuaciones de CI, la distribución es normal, con media 100 puntos y desviación típica 15 puntos. Arrastra el punto de corte para que el 80 % superior sombreado quede a su derecha. Halla el punto de corte x.

μ = 100 puntosσ = 15 puntos80%
x = puntos
7.Intervalos de confianzaMedia
n = 12, s = 4LUx̄ = 70,5E = ?95%

Una muestra de 12 elementos tiene media 70,5 y desviación típica s = 4. La población es aproximadamente normal. Calcula el margen de error E de un intervalo de confianza del 95 % para la media.

n = 12x̄ = 70,5s = 495%t(11) = 2,201
E =
8.Intervalos de confianzaDifícil
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0299%

No se sabe nada de antemano sobre la proporción de productos 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 0,02?

p = 0,5E = 0,0299%
n =
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaMedia
−1,961,96z = ?

Dos líneas de producción fabrican la misma pieza. Línea 1: una muestra de 100 piezas tiene una longitud media de 98 mm, y la desviación típica conocida de la línea es 17 mm. Línea 2: una muestra de 60 piezas tiene una media de 94,9 mm, con desviación típica conocida de 20 mm. Halla el estadístico de contraste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando la diferencia como x̄₁ − x̄₂ (línea 1 menos línea 2).

n₁ = 100x̄₁ = 98 mmσ₁ = 17 mmn₂ = 60x̄₂ = 94,9 mmσ₂ = 20 mm
z =
10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianzaDifícil
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 4α = 0,05βσ = 21, potencia 90%, n = ?

Un contraste z unilateral con α = 0,05 debe detectar un desplazamiento de la media de 4 unidades con una potencia del 90 %. La desviación típica es 21. Halla el tamaño muestral mínimo n.

α = 0,05potencia = 90%δ = 4σ = 21zα = 1,645zβ = 1,282
n =
11.Regresión lineal y correlaciónMedia
xy185621602476278630108xy2025306080100

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
xy264961481710231228xy510102030x = 3

La tabla da 6 observaciones emparejadas de x = carga en kN e y = alargamiento en mm. Usa la recta de mínimos cuadrados ŷ = a + b·x. Predice ŷ para x = 3.

n = 6x = 3
ŷ =

3Disoluciones

1.Estadística descriptiva

Respuesta: s = 12,34

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 = 222/7 = 31,71

Desviaciones al cuadrado

Σ(x − x̄)² = (−3,714)² + (−9,714)² + 8,286² + 12,29² + 5,286² + (−21,71)² + 9,286² = 913,4

Desviación típica

s = √(913,4/6) = 12,34

Respuesta

s = 12,34
2.Estadística descriptiva

Respuesta: P = 0,3085

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 = −0,5

Tabla de la normal estándar

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085

Respuesta

P = 0,3085
3.Probabilidad

Respuesta: σ = 1,393

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 = 1·0,3 + 2·0,2 + 3·0,25 + 4·0,1 + 5·0,15 = 2,6

Media de los cuadrados

E(X²) = 1·0,3 + 4·0,2 + 9·0,25 + 16·0,1 + 25·0,15 = 8,7

Varianza

Var(X) = 8,7 − 2,6² = 1,94
σ = √1,94 = 1,393

Respuesta

σ = 1,393
4.Probabilidad

Respuesta: P = 0,2256

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) = 462·0,55·0,56 = 462·0,03125·0,01563 = 0,2256

Respuesta

P = 0,2256
5.Distribución normal

Respuesta: z = 1,01

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 + 0,6875)/2 = 0,8438

Lee la tabla de z al revés

Busca 0,8438 dentro de la tabla y lee z.

z = 1,01

Respuesta

z = 1,01
6.Distribución normal

Respuesta: x = 87,4 puntos

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) = 0,2

z según la tabla

z ≈ −0,84

De vuelta a las unidades originales

x = 100 − 0,84·15 = 87,4 puntos

Respuesta

x = 87,4 puntos
7.Intervalos de confianza

Respuesta: E = 2,541

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 = 11, t = 2,201

Margen de error

E = 2,201·4/√12 = 2,541

Respuesta

E = 2,541
8.Intervalos de confianza

Respuesta: n = 4148

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 = 2,576²·0,5·0,5/0,02² = 4147

Redondear hacia arriba

n = 4148

Respuesta

n = 4148
9.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: z = 1,003

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.

Error típico de la diferencia

SE = √(17²/100 + 20²/60) = √9,557 = 3,091

Estadístico de contraste

z = (98 − 94,9)/3,091 = 1,003

Respuesta

z = 1,003

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

10.Contrastes de hipótesis e intervalos de confianza

Respuesta: n = 237

Tamaño muestral para un contraste: para detectar un desplazamiento real δ con potencia 1 − β en un contraste z unilateral de nivel α, el error típico debe cumplir δ = (z_α + z_β)·σ/√n, así que n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², redondeado hacia arriba.

Despejar n

n = ((1,645 + 1,282)·21/4)² = 236,1

Redondear hacia arriba

n = 237

Respuesta

n = 237
11.Regresión lineal y correlación

Respuesta: r² = 0,9533

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 = 120/5 = 24
ȳ = 386/5 = 77,2

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 390
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1773

Coeficiente de determinación

r² = 390²/(90·1773) = 0,9533

Respuesta

r² = 0,9533

Aproximadamente el 95,33 % de la variación de y queda explicada por la recta.

12.Regresión lineal y correlación

Respuesta: ŷ = 7,31

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 = 42/6 = 7
ȳ = 97/6 = 16,17

Sumas de cuadrados y de productos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 155

Recta de regresión

b = 155/70 = 2,214
a = 16,17 − 2,214·7 = 0,6667
ŷ = 0,6667 + 2,214·x

Predicción

ŷ = 0,6667 + 2,214·3 = 7,31

Respuesta

ŷ = 7,31

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