Libro de las inferencias estadísticas

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Curso: Probabilidades y Estadística Descriptiva e Inferencial
Libro: Libro de las inferencias estadísticas
Imprimido por: Invitado
Día: sábado, 25 de julio de 2026, 18:16

1. ¿Qué es inferir estadísticamente?

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender la inferencia estadística como el proceso de usar datos muestrales para obtener conclusiones razonables sobre una población.
  • Distinguir entre describir una muestra e inferir sobre una población.
  • Reconocer que una conclusión inferencial siempre se formula con incertidumbre, no como certeza absoluta.

De una muestra a una conclusión

En estadística, muchas veces no es posible estudiar a toda una población. Por eso se selecciona una muestra y se calculan estadísticos, como una media muestral \(\bar{x}\) o una proporción muestral \(\hat{p}\).

La inferencia estadística usa esos estadísticos para decir algo razonable sobre parámetros poblacionales desconocidos, como una media poblacional \(\mu\) o una proporción poblacional \(p\).

Inferir no significa demostrar una verdad absoluta. Significa usar evidencia muestral para estimar, comparar o tomar decisiones considerando que existe incertidumbre.

Idea general de la inferencia

La inferencia estadística conecta una muestra con una población:

\[ \text{muestra} \longrightarrow \text{estadístico muestral} \longrightarrow \text{conclusión sobre un parámetro} \]

Por ejemplo:

\[ \bar{x} \longrightarrow \mu \]

\[ \hat{p} \longrightarrow p \]

La media muestral \(\bar{x}\) puede usarse para estimar una media poblacional \(\mu\), y la proporción muestral \(\hat{p}\) puede usarse para estimar una proporción poblacional \(p\).

Idea central

La inferencia estadística permite concluir con evidencia, pero no con certeza absoluta.

Por eso, una conclusión inferencial debe reconocer que se basa en una muestra y que puede existir error o variabilidad muestral.

Ejemplo 1: describir una muestra e inferir sobre una población

Una orientadora selecciona aleatoriamente a \(80\) estudiantes de enseñanza media de un colegio y registra sus horas de sueño. La media muestral obtenida es:

\[ \bar{x}=7{,}1 \]

Una descripción sería:

“Los \(80\) estudiantes encuestados duermen en promedio \(7{,}1\) horas”.

Una inferencia sería:

“Como la muestra fue seleccionada aleatoriamente, la media muestral de \(7{,}1\) horas puede usarse como estimación del promedio de horas de sueño de los estudiantes de enseñanza media del colegio”.

La segunda afirmación es una inferencia porque usa la muestra para hablar de una población más grande.

Ejemplo 2: estimar una proporción poblacional

En una muestra aleatoria de \(200\) hogares de una comuna, \(128\) declaran separar residuos reciclables.

La proporción muestral es:

\[ \hat{p}=\frac{128}{200}=0{,}64 \]

Esto significa que, en la muestra, el \(64\%\) de los hogares separa residuos reciclables.

Una inferencia cuidadosa sería:

“El \(64\%\) observado en la muestra puede usarse como estimación de la proporción de hogares de la comuna que separan residuos reciclables”.

No se debe afirmar que exactamente el \(64\%\) de todos los hogares de la comuna cumple esa característica.

Ejemplo 3: inferir para tomar una decisión

Una empresa quiere saber si sus envases tienen una masa promedio cercana a \(500\) g.

Como no puede revisar todos los envases producidos, selecciona una muestra aleatoria y calcula una media muestral.

Si la muestra tiene media \(\bar{x}=497\) g, ese valor sirve como evidencia para evaluar el proceso de producción.

Sin embargo, la empresa no debería concluir inmediatamente que la media real es exactamente \(497\) g. La inferencia estadística permitirá estudiar qué tan razonable es esa diferencia respecto del valor esperado.

Error frecuente

No se debe confundir una conclusión inferencial con una certeza.

Decir “la muestra sugiere que la media poblacional está cerca de cierto valor” no es lo mismo que decir “la media poblacional es exactamente ese valor”.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: reconocer una inferencia

En una muestra aleatoria de \(60\) estudiantes, la media de horas de estudio semanal es \(5{,}6\).

Indica cuál afirmación corresponde a una inferencia estadística:

  1. “Los \(60\) estudiantes encuestados estudiaron en promedio \(5{,}6\) horas semanales”.
  2. “La media muestral de \(5{,}6\) horas puede usarse para estimar el promedio de horas de estudio de los estudiantes de la población”.

Ejercicio 2: identificar estadístico y parámetro

Una encuesta aleatoria a \(150\) hogares entrega que el \(58\%\) declara usar calefacción eléctrica durante el invierno.

  1. ¿Cuál es el estadístico muestral?
  2. ¿Qué parámetro poblacional se quiere estimar?

Ejercicio 3: redactar una conclusión cuidadosa

Una muestra aleatoria de \(100\) estudiantes de un colegio entrega que \(72\) usan internet para estudiar.

Redacta una conclusión inferencial cuidadosa.

Ejercicio 4: detectar una afirmación demasiado fuerte

En una muestra aleatoria de \(40\) estudiantes, la media de horas de sueño es \(\bar{x}=6{,}9\).

Un estudiante afirma:

“La media real de horas de sueño de todos los estudiantes es exactamente \(6{,}9\)”.

Explica por qué esta afirmación es demasiado fuerte.

Ejercicio 5: describir o inferir

Clasifica cada afirmación como descripción o inferencia:

  1. “En la muestra, \(45\) de \(80\) estudiantes prefieren clases prácticas”.
  2. “La proporción observada en la muestra puede estimar la proporción de estudiantes del colegio que prefieren clases prácticas”.
  3. “El promedio de edad de las personas encuestadas fue \(34{,}5\) años”.
  4. “La media muestral sugiere que la edad promedio de la población está cerca de \(34{,}5\) años”.

Ejercicio 6: inferencia y decisión

Una empresa afirma que la masa promedio de sus paquetes es cercana a \(1000\) g.

Una muestra aleatoria de paquetes entrega una media muestral de \(985\) g.

  1. ¿Qué parámetro se quiere estudiar?
  2. ¿Qué estadístico se observó?
  3. ¿Por qué no basta mirar solo \(985\) para tomar una decisión definitiva?

Ejercicio 7: caso desafiante

Una municipalidad quiere estimar la proporción de hogares de una comuna que reciclan. Se selecciona una muestra aleatoria de \(300\) hogares y \(195\) declaran separar residuos reciclables.

  1. Calcula la proporción muestral.
  2. Identifica el parámetro que se quiere estimar.
  3. Redacta una conclusión inferencial cuidadosa.
  4. Explica por qué esta conclusión no debe interpretarse como certeza absoluta.

2. Del estadístico al parámetro

Objetivo de aprendizaje

  • Relacionar estadísticos muestrales con los parámetros poblacionales que se desea estimar.
  • Interpretar \(\bar{x}\) como estimador de \(\mu\) y \(\hat{p}\) como estimador de \(p\).
  • Reconocer que un estadístico entrega evidencia sobre un parámetro, pero no necesariamente su valor exacto.

Lo que sabemos y lo que queremos saber

En inferencia estadística, normalmente no conocemos el valor real del parámetro poblacional.

Por ejemplo, puede que no sepamos la media real de horas de sueño de todos los estudiantes de un colegio, o la proporción real de hogares de una comuna que reciclan.

Lo que sí podemos calcular es un estadístico a partir de una muestra. Ese estadístico se usa como evidencia para aproximarnos al parámetro.

Relación entre estadístico y parámetro

Parámetro poblacional Estadístico muestral Interpretación
\(\mu\) \(\bar{x}\) La media muestral estima la media poblacional.
\(p\) \(\hat{p}\) La proporción muestral estima la proporción poblacional.

La idea central puede resumirse así:

\[ \bar{x}\ \text{estima a}\ \mu \]

\[ \hat{p}\ \text{estima a}\ p \]

Puente inferencial

El estadístico pertenece a la muestra y se puede calcular con los datos observados.

El parámetro pertenece a la población y generalmente es desconocido.

La inferencia estadística busca usar el estadístico para decir algo razonable sobre el parámetro.

Ejemplo 1: media muestral y media poblacional

Un colegio quiere estimar la media real de horas de sueño de sus estudiantes de enseñanza media.

Se selecciona una muestra aleatoria de \(80\) estudiantes y se obtiene:

\[ \bar{x}=7{,}1 \]

En este caso, el estadístico muestral es:

\[ \bar{x}=7{,}1 \]

El parámetro que se quiere estimar es:

\[ \mu=\text{media real de horas de sueño de todos los estudiantes de enseñanza media del colegio} \]

Entonces, \(\bar{x}=7{,}1\) se usa como estimación de \(\mu\).

No se afirma que \(\mu=7{,}1\) exactamente, sino que la muestra entrega evidencia para aproximar ese valor.

Ejemplo 2: proporción muestral y proporción poblacional

Una municipalidad quiere estimar la proporción real de hogares de una comuna que separan residuos reciclables.

Se toma una muestra aleatoria de \(240\) hogares y \(156\) declaran separar residuos.

Calculamos la proporción muestral:

\[ \hat{p}=\frac{156}{240}=0{,}65 \]

Como porcentaje:

\[ 0{,}65=65\% \]

El estadístico muestral es:

\[ \hat{p}=0{,}65 \]

El parámetro que se quiere estimar es:

\[ p=\text{proporción real de hogares de la comuna que separan residuos reciclables} \]

Por lo tanto, \(\hat{p}=0{,}65\) estima a \(p\).

Ejemplo 3: dos muestras pueden estimar el mismo parámetro

Una empresa quiere estimar la media real de masa de sus paquetes, representada por \(\mu\).

Dos muestras aleatorias entregan los siguientes resultados:

Muestra Tamaño muestral Media muestral
A \(50\) \(\bar{x}=498\) g
B \(50\) \(\bar{x}=502\) g

Ambas medias muestrales estiman el mismo parámetro poblacional \(\mu\).

Que no coincidan exactamente no significa que una esté necesariamente mal. La diferencia puede deberse a la variabilidad natural entre muestras.

Error frecuente

No se debe escribir que el parámetro es igual al estadístico solo porque ese fue el valor observado en la muestra.

Por ejemplo, si una muestra tiene \(\bar{x}=7{,}1\), lo correcto es decir que \(\bar{x}=7{,}1\) estima a \(\mu\), no que necesariamente \(\mu=7{,}1\).

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: identificar estadístico y parámetro

Una muestra aleatoria de \(60\) estudiantes entrega una media de \(6{,}4\) horas de estudio semanal.

  1. Identifica el estadístico muestral.
  2. Identifica el parámetro poblacional que se quiere estimar.

Ejercicio 2: proporción muestral y parámetro

En una muestra aleatoria de \(180\) personas, \(117\) declaran usar transporte público para ir al trabajo.

  1. Calcula la proporción muestral.
  2. Indica qué parámetro se quiere estimar.

Ejercicio 3: completar relaciones

Completa cada relación usando \(\bar{x}\), \(\hat{p}\), \(\mu\) o \(p\):

  1. La media muestral se representa por ________ y estima a ________.
  2. La proporción muestral se representa por ________ y estima a ________.

Ejercicio 4: detectar una confusión

Una muestra de \(100\) hogares entrega una proporción muestral de \(\hat{p}=0{,}72\).

Un estudiante afirma:

“Entonces el parámetro poblacional es exactamente \(p=0{,}72\)”.

Explica el error.

Ejercicio 5: relacionar contexto y símbolo

Indica si el parámetro que se quiere estimar corresponde a \(\mu\) o a \(p\):

  1. La media real de masa de todos los paquetes producidos por una máquina.
  2. La proporción real de estudiantes que usan bicicleta para llegar al colegio.
  3. El promedio real de tiempo de espera en una atención.
  4. La proporción real de clientes satisfechos con un servicio.

Ejercicio 6: dos muestras, un mismo parámetro

Se quiere estimar la media real de horas de sueño de los estudiantes de un colegio.

Dos muestras aleatorias entregan:

\[ \bar{x}_1=7{,}0 \]

\[ \bar{x}_2=7{,}3 \]

¿Ambas medias muestrales pueden estimar el mismo parámetro? Justifica.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una empresa quiere estimar la masa promedio real de todos los paquetes producidos en un día.

Selecciona una muestra aleatoria de \(64\) paquetes y obtiene una media muestral de \(985\) g.

  1. Identifica el estadístico muestral.
  2. Identifica el parámetro poblacional.
  3. Explica qué significa decir que \(985\) g estima al parámetro.
  4. Explica por qué no se debe afirmar automáticamente que la media poblacional es exactamente \(985\) g.

3. Estimación puntual y necesidad de medir incertidumbre

Objetivo de aprendizaje

  • Interpretar una estimación puntual como un valor muestral que aproxima un parámetro poblacional.
  • Reconocer que una estimación puntual por sí sola no informa qué tan cerca está del parámetro real.
  • Comprender la necesidad de medir la incertidumbre asociada a una estimación.

Una estimación puntual entrega un solo valor

Una estimación puntual es un valor calculado desde una muestra que se usa para aproximar un parámetro poblacional.

Por ejemplo, una media muestral \(\bar{x}\) puede estimar una media poblacional \(\mu\), y una proporción muestral \(\hat{p}\) puede estimar una proporción poblacional \(p\).

Sin embargo, una estimación puntual entrega solo un número. Por sí sola no indica qué tan cerca está del valor real de la población.

Estimación puntual y parámetro

Situación Estimación puntual Parámetro estimado
Estimar una media poblacional \(\bar{x}\) \(\mu\)
Estimar una proporción poblacional \(\hat{p}\) \(p\)

La relación central es:

\[ \bar{x}\ \text{estima a}\ \mu \]

\[ \hat{p}\ \text{estima a}\ p \]

¿Por qué no basta un solo número?

Si una muestra entrega \(\bar{x}=6{,}8\), ese valor puede ser una buena aproximación de \(\mu\), pero no sabemos si está muy cerca o algo lejos de la media real.

Otra muestra de la misma población podría entregar \(\bar{x}=6{,}5\) o \(\bar{x}=7{,}0\).

Por eso, en inferencia estadística no basta con calcular una estimación puntual. También interesa estudiar la incertidumbre de esa estimación.

Error de estimación como idea

El error de estimación corresponde a la diferencia entre una estimación muestral y el parámetro real que se quiere estimar.

Para una media:

\[ \bar{x}-\mu \]

Para una proporción:

\[ \hat{p}-p \]

En la práctica, normalmente no conocemos \(\mu\) ni \(p\). Por eso, no siempre podemos calcular exactamente el error de estimación.

Idea clave

La estimación puntual es el primer paso, pero no el final de la inferencia.

Después de estimar un parámetro, necesitamos estudiar cuánta incertidumbre tiene esa estimación.

Esa necesidad dará origen a ideas como distribución muestral, error estándar, margen de error e intervalo de confianza.

Ejemplo 1: una media muestral como estimación puntual

Una muestra aleatoria de \(50\) estudiantes entrega una media de horas de sueño de:

\[ \bar{x}=7{,}2 \]

Este valor es una estimación puntual de la media poblacional \(\mu\).

Una interpretación cuidadosa sería:

“La muestra entrega una media de \(7{,}2\) horas de sueño. Este valor puede usarse como estimación de la media real de horas de sueño de la población”.

No sería correcto afirmar automáticamente que:

“La media real de toda la población es exactamente \(7{,}2\) horas”.

La diferencia es importante: \(7{,}2\) es una estimación, no una certeza exacta.

Ejemplo 2: una proporción muestral como estimación puntual

Una encuesta aleatoria a \(200\) hogares muestra que \(126\) separan residuos reciclables.

Calculamos la proporción muestral:

\[ \hat{p}=\frac{126}{200}=0{,}63 \]

Como porcentaje:

\[ 0{,}63=63\% \]

El valor \(63\%\) es una estimación puntual de la proporción poblacional \(p\).

Una conclusión cuidadosa sería:

“En la muestra, el \(63\%\) de los hogares separa residuos reciclables. Este porcentaje puede estimar la proporción correspondiente en la población”.

Con solo esta estimación puntual, todavía no sabemos qué tan cerca está el \(63\%\) del valor real de la población.

Ejemplo 3: dos muestras, dos estimaciones

Se quiere estimar la proporción de estudiantes de un colegio que estudian con música.

Dos muestras aleatorias entregan los siguientes resultados:

Muestra Tamaño muestral Estudiantes que estudian con música Proporción muestral
A \(100\) \(58\) \(\hat{p}=0{,}58\)
B \(100\) \(63\) \(\hat{p}=0{,}63\)

Ambas muestras intentan estimar el mismo parámetro poblacional \(p\).

Que las estimaciones sean distintas no significa necesariamente que una esté mal. Puede deberse a la variabilidad natural entre muestras.

Este ejemplo muestra por qué necesitamos medir la incertidumbre de una estimación.

Error frecuente

No se debe presentar una estimación puntual como si fuera el valor exacto del parámetro.

Una frase como “el \(63\%\) de toda la población separa residuos” es demasiado fuerte si solo se observó una muestra.

Es más correcto decir que el \(63\%\) observado en la muestra estima la proporción poblacional.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: identificar una estimación puntual

Una muestra aleatoria de \(40\) estudiantes entrega una media de \(18{,}5\) minutos de traslado al colegio.

  1. Identifica la estimación puntual.
  2. Indica qué parámetro se quiere estimar.

Ejercicio 2: calcular e interpretar una proporción muestral

En una muestra aleatoria de \(120\) estudiantes, \(84\) declaran usar una plataforma digital para estudiar.

  1. Calcula la proporción muestral.
  2. Interpreta el resultado como estimación puntual.
  3. Explica por qué no debe interpretarse como certeza exacta.

Ejercicio 3: explicar la necesidad de incertidumbre

Dos muestras aleatorias de una misma población entregan las siguientes medias de horas de sueño:

\[ \bar{x}_1=6{,}8 \]

\[ \bar{x}_2=7{,}2 \]

Explica por qué estos resultados muestran la necesidad de medir incertidumbre en una estimación.

Ejercicio 4: detectar una conclusión demasiado exacta

Una encuesta aleatoria a \(200\) estudiantes muestra que \(126\) prefieren evaluaciones con proyectos.

Un informe concluye:

“Exactamente el \(63\%\) de todos los estudiantes prefiere evaluaciones con proyectos”.

  1. Calcula la proporción muestral.
  2. Explica el error en la conclusión.
  3. Reescribe la conclusión de forma cuidadosa.

Ejercicio 5: error de estimación desconocido

Una muestra entrega una media muestral de \(\bar{x}=52{,}4\).

Se quiere estimar la media poblacional \(\mu\), pero no se conoce su valor real.

  1. ¿Se puede calcular exactamente el error de estimación \(\bar{x}-\mu\)?
  2. ¿Por qué esta situación muestra la necesidad de nuevas herramientas inferenciales?

Ejercicio 6: elegir una conclusión cuidadosa

Una muestra aleatoria de \(90\) personas entrega que el \(46\%\) usa bicicleta al menos una vez por semana.

Elige la conclusión más adecuada y justifica:

  1. “El \(46\%\) de toda la población usa bicicleta al menos una vez por semana”.
  2. “En la muestra, el \(46\%\) usa bicicleta al menos una vez por semana; este valor puede estimar la proporción correspondiente en la población”.
  3. “La muestra demuestra que casi la mitad exacta de la población usa bicicleta”.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una fábrica quiere estimar la masa promedio real de sus envases. Selecciona una muestra aleatoria de \(64\) envases y obtiene:

\[ \bar{x}=502 \]

La empresa espera que la media poblacional sea cercana a \(500\) g.

  1. Identifica la estimación puntual.
  2. Identifica el parámetro que se quiere estimar.
  3. Explica por qué no basta decir que \(502\) g es mayor que \(500\) g para tomar una decisión definitiva.
  4. Indica qué tipo de información sería útil estudiar más adelante.

4. Distribución muestral de la media: idea intuitiva

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender intuitivamente que distintas muestras de una misma población pueden producir distintas medias muestrales.
  • Interpretar la distribución muestral de la media como el conjunto de medias obtenidas al repetir muchas veces un mismo proceso de muestreo.
  • Reconocer que las medias muestrales suelen concentrarse alrededor de la media poblacional.

Muchas muestras, muchas medias

Cuando se toma una sola muestra, se obtiene una sola media muestral \(\bar{x}\).

Pero si se tomaran muchas muestras del mismo tamaño desde la misma población, cada muestra podría entregar una media distinta.

El conjunto de todas esas medias muestrales permite estudiar cómo varía \(\bar{x}\) de una muestra a otra.

Distribución muestral de la media

La distribución muestral de la media es la distribución formada por las medias muestrales que se obtendrían al repetir muchas veces el muestreo bajo las mismas condiciones.

La idea puede resumirse así:

\[ \text{muestra 1} \longrightarrow \bar{x}_1 \]

\[ \text{muestra 2} \longrightarrow \bar{x}_2 \]

\[ \text{muestra 3} \longrightarrow \bar{x}_3 \]

\[ \text{muchas muestras} \longrightarrow \text{muchas medias muestrales} \]

Atención

La distribución muestral de la media no está formada por los datos individuales de una muestra.

Está formada por medias muestrales.

Es decir, cada valor de esta distribución es una media \(\bar{x}\), no un dato individual.

Ejemplo 1: varias muestras de una misma población

Supongamos que se quiere estimar la media de horas de estudio semanal de una población de estudiantes.

Se toman \(6\) muestras aleatorias del mismo tamaño y se calcula la media de cada una:

Muestra Media muestral
Muestra 1 \(\bar{x}_1=5{,}8\)
Muestra 2 \(\bar{x}_2=6{,}1\)
Muestra 3 \(\bar{x}_3=5{,}9\)
Muestra 4 \(\bar{x}_4=6{,}3\)
Muestra 5 \(\bar{x}_5=6{,}0\)
Muestra 6 \(\bar{x}_6=5{,}7\)

El siguiente gráfico muestra esas medias muestrales:

Las medias no son exactamente iguales, aunque todas provienen de muestras de la misma población.

La distribución formada por estas medias muestrales muestra cómo puede variar \(\bar{x}\) al repetir el muestreo.

Ejemplo 2: medias muestrales alrededor de la media poblacional

Supongamos que la media real de una población es:

\[ \mu=6{,}0 \]

Al tomar varias muestras, se obtienen las siguientes medias:

\[ 5{,}8,\ 6{,}1,\ 5{,}9,\ 6{,}3,\ 6{,}0,\ 5{,}7 \]

Algunas medias quedan bajo \(6{,}0\), otras quedan sobre \(6{,}0\), y una coincide con \(6{,}0\).

Esto es esperable: las medias muestrales varían, pero suelen ubicarse alrededor de la media poblacional.

Ejemplo 3: no confundir datos con medias

Una muestra de \(5\) estudiantes registra las siguientes horas de estudio:

\[ 4,\ 6,\ 5,\ 7,\ 8 \]

Estos son datos individuales.

La media de esa muestra es:

\[ \bar{x}=\frac{4+6+5+7+8}{5}=6 \]

Si se repite el proceso con muchas muestras, la distribución muestral no se forma con valores como \(4,\ 6,\ 5,\ 7,\ 8\), sino con medias como:

\[ \bar{x}_1,\ \bar{x}_2,\ \bar{x}_3,\ldots \]

Por eso, la distribución muestral de la media estudia el comportamiento de las medias muestrales.

Idea clave

Una media muestral puede cambiar de una muestra a otra.

La distribución muestral de la media permite estudiar esa variación.

Esta idea será necesaria para comprender el error estándar, el margen de error y los intervalos de confianza.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: reconocer qué forma la distribución muestral

Un estudiante afirma:

“La distribución muestral de la media está formada por todos los datos individuales de una muestra”.

Explica por qué esta afirmación es incorrecta.

Ejercicio 2: calcular medias de varias muestras

Se toman tres muestras de tamaño \(4\) desde una misma población:

Muestra Datos
Muestra A \(6,\ 7,\ 5,\ 6\)
Muestra B \(8,\ 6,\ 7,\ 7\)
Muestra C \(5,\ 6,\ 6,\ 7\)
  1. Calcula la media de cada muestra.
  2. Escribe el conjunto de medias muestrales obtenidas.

Ejercicio 3: interpretar variación entre medias

Cuatro muestras aleatorias de una misma población entregan las siguientes medias:

\[ \bar{x}_1=12{,}4,\quad \bar{x}_2=12{,}8,\quad \bar{x}_3=12{,}6,\quad \bar{x}_4=12{,}5 \]

¿Por qué no todas las medias son exactamente iguales?

Ejercicio 4: medias alrededor de un parámetro

La media poblacional de una variable es \(\mu=50\).

Se obtienen las siguientes medias muestrales:

\[ 48{,}9,\ 50{,}4,\ 49{,}7,\ 51{,}1,\ 49{,}8,\ 50{,}2 \]

  1. ¿Las medias muestrales coinciden exactamente con \(\mu\)?
  2. ¿Qué se puede decir sobre su ubicación respecto de \(\mu=50\)?

Ejercicio 5: datos individuales o medias muestrales

Clasifica cada conjunto como “datos individuales” o “medias muestrales”.

  1. \(5,\ 7,\ 6,\ 8,\ 4\), obtenidos al medir a cinco estudiantes de una muestra.
  2. \(\bar{x}_1=6{,}2,\ \bar{x}_2=5{,}9,\ \bar{x}_3=6{,}4\), obtenidas al repetir tres veces el muestreo.
  3. \(120,\ 135,\ 128,\ 140\), pesos de cuatro productos seleccionados.
  4. \(\bar{x}_1=128{,}5,\ \bar{x}_2=131{,}2,\ \bar{x}_3=129{,}8\), medias de tres muestras de productos.

Ejercicio 6: comparar dos situaciones

Situación A: se mide a \(30\) estudiantes y se registran sus tiempos de traslado.

Situación B: se toman \(20\) muestras de \(30\) estudiantes cada una y se calcula la media de tiempo de traslado en cada muestra.

  1. ¿Cuál situación produce datos individuales?
  2. ¿Cuál situación puede formar una distribución muestral de la media?
  3. Justifica tu respuesta.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una empresa quiere estudiar la masa promedio de sus paquetes. Para comprender la variabilidad del muestreo, toma \(5\) muestras aleatorias del mismo tamaño y obtiene las siguientes medias:

Muestra Media muestral
A \(498\) g
B \(501\) g
C \(499\) g
D \(503\) g
E \(500\) g
  1. ¿Qué valores formarían la distribución muestral observada?
  2. Explica por qué estos valores no son datos individuales.
  3. Si la masa promedio esperada es \(500\) g, ¿qué puedes decir sobre estas medias muestrales?

5. Error estándar: idea intuitiva

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender el error estándar como una medida de la variabilidad de las medias muestrales.
  • Distinguir entre error muestral y error estándar.
  • Reconocer que, si el tamaño muestral aumenta, la media muestral tiende a ser más estable.

De la variabilidad entre muestras al error estándar

Cuando se toman muchas muestras de una misma población, cada muestra puede entregar una media distinta.

La distribución muestral de la media permite observar esa variación entre medias muestrales.

El error estándar resume cuánta variabilidad suelen tener esas medias muestrales.

Idea del error estándar de la media

El error estándar de la media mide cuánto suelen variar las medias muestrales \(\bar{x}\) alrededor de la media poblacional \(\mu\).

En una versión escolar, cuando se usa la desviación estándar muestral \(s\) como aproximación, se puede calcular así:

\[ EE=\frac{s}{\sqrt{n}} \]

donde \(s\) representa la desviación estándar de los datos de la muestra y \(n\) es el tamaño muestral.

No confundir

El error muestral y el error estándar no son lo mismo.

El error muestral compara una estimación puntual con el parámetro real, por ejemplo:

\[ \bar{x}-\mu \]

El error estándar, en cambio, describe cuánta variación suelen tener las medias muestrales entre sí.

Además, el error estándar no es todavía el margen de error. El margen de error se estudiará más adelante.

Ejemplo 1: medias muestrales que varían

Se toman varias muestras aleatorias de estudiantes y se calcula la media de horas de estudio semanal en cada una.

Muestra Media muestral
Muestra 1 \(5{,}7\)
Muestra 2 \(6{,}1\)
Muestra 3 \(5{,}9\)
Muestra 4 \(6{,}3\)
Muestra 5 \(6{,}0\)
Muestra 6 \(5{,}8\)

El siguiente gráfico muestra las medias muestrales obtenidas:

Las medias muestrales no son iguales, pero se mantienen relativamente cercanas entre sí.

El error estándar busca resumir esa variabilidad entre medias muestrales.

Ejemplo 2: calcular un error estándar

Una muestra de \(36\) estudiantes tiene una desviación estándar de \(12\) minutos en sus tiempos de traslado al colegio.

Para estimar la variabilidad de la media muestral, calculamos:

\[ EE=\frac{s}{\sqrt{n}} \]

Reemplazamos \(s=12\) y \(n=36\):

\[ EE=\frac{12}{\sqrt{36}} \]

Como \(\sqrt{36}=6\), entonces:

\[ EE=\frac{12}{6}=2 \]

El error estándar es de \(2\) minutos.

Esto significa que las medias muestrales de muestras de tamaño \(36\) suelen variar alrededor de la media poblacional con una escala aproximada de \(2\) minutos.

Ejemplo 3: efecto del tamaño muestral

Supongamos que en dos estudios la desviación estándar es \(s=20\).

Estudio Tamaño muestral Error estándar
A \(n=25\) \(EE=\frac{20}{\sqrt{25}}=\frac{20}{5}=4\)
B \(n=100\) \(EE=\frac{20}{\sqrt{100}}=\frac{20}{10}=2\)

El estudio con mayor tamaño muestral tiene menor error estándar.

Esto significa que, manteniendo la misma variabilidad de los datos, una muestra más grande suele producir una media muestral más estable.

Idea clave

El error estándar mide la variabilidad esperada de una estimación muestral.

Mientras menor sea el error estándar, más estables suelen ser las medias muestrales.

Esta idea será fundamental para construir intervalos de confianza y analizar márgenes de error.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: interpretar el error estándar

Explica con tus palabras qué mide el error estándar de la media.

Ejercicio 2: calcular un error estándar

Una muestra tiene desviación estándar \(s=10\) y tamaño muestral \(n=25\).

Calcula el error estándar usando:

\[ EE=\frac{s}{\sqrt{n}} \]

Ejercicio 3: comparar tamaños muestrales

Dos muestras tienen la misma desviación estándar, \(s=8\), pero distinto tamaño muestral.

Muestra Tamaño muestral
A \(n=16\)
B \(n=64\)
  1. Calcula el error estándar de cada muestra.
  2. Indica cuál tiene menor error estándar.
  3. Interpreta el resultado.

Ejercicio 4: distinguir error muestral y error estándar

La media real de una población es \(\mu=80\).

Una muestra entrega \(\bar{x}=77\), con desviación estándar \(s=12\) y tamaño muestral \(n=36\).

  1. Calcula el error muestral \(\bar{x}-\mu\).
  2. Calcula el error estándar.
  3. Explica por qué no representan lo mismo.

Ejercicio 5: interpretar una frase

En un estudio, el error estándar de la media es \(1{,}5\) puntos.

Un estudiante afirma:

“Eso significa que la media muestral está exactamente a \(1{,}5\) puntos de la media poblacional”.

Explica el error en la afirmación.

Ejercicio 6: efecto de aumentar el tamaño muestral

En dos estudios se obtiene la misma desviación estándar, \(s=16\).

Estudio Tamaño muestral
A \(n=16\)
B \(n=64\)
  1. Calcula el error estándar en cada estudio.
  2. Explica qué ocurre al aumentar el tamaño muestral.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una municipalidad quiere estimar el tiempo promedio de traslado al trabajo de los habitantes de una comuna.

Se selecciona una muestra aleatoria de \(81\) personas. La media muestral es \(42\) minutos y la desviación estándar muestral es \(18\) minutos.

  1. Identifica la estimación puntual de la media poblacional.
  2. Calcula el error estándar.
  3. Interpreta el error estándar en contexto.
  4. Explica por qué todavía no se debe afirmar que la media real es exactamente \(42\) minutos.

6. Intervalo de confianza

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender un intervalo de confianza como un rango de valores razonables para un parámetro poblacional.
  • Distinguir entre una estimación puntual y una estimación por intervalo.
  • Interpretar correctamente un intervalo de confianza sin tratarlo como certeza absoluta.

De un punto a un intervalo

Una estimación puntual entrega un solo valor para aproximar un parámetro poblacional.

Por ejemplo, una muestra puede entregar una media muestral de \(\bar{x}=7{,}2\) horas.

Sin embargo, como ese valor proviene de una muestra, no sabemos si coincide exactamente con la media real de la población.

Por eso, en inferencia estadística se usan intervalos de confianza: en lugar de entregar un solo número, se entrega un rango de valores razonables para el parámetro.

Idea general de un intervalo de confianza

Un intervalo de confianza se construye alrededor de una estimación puntual.

Su forma general es:

\[ \text{estimación puntual} \pm \text{margen de error} \]

Esto produce un intervalo:

\[ [\text{límite inferior},\ \text{límite superior}] \]

En esta página se trabajará la idea y la interpretación del intervalo. Más adelante se estudiará con mayor detalle el nivel de confianza y el margen de error.

Interpretación inicial

Un intervalo de confianza no afirma que todos los valores del intervalo sean igualmente correctos.

Tampoco afirma que el parámetro sea exactamente el punto medio del intervalo.

Lo que indica es que, usando la información de la muestra y un método estadístico, se obtiene un rango de valores razonables para el parámetro poblacional.

Ejemplo 1: estimación puntual versus intervalo

Una muestra aleatoria de estudiantes entrega una media muestral de horas de sueño:

\[ \bar{x}=7{,}2 \]

Esa es una estimación puntual de la media poblacional \(\mu\).

Un análisis inferencial podría entregar el siguiente intervalo de confianza:

\[ [6{,}9,\ 7{,}5] \]

Esto significa que, según la muestra y el método usado, valores entre \(6{,}9\) y \(7{,}5\) horas son razonables para la media poblacional.

La estimación puntual entrega un solo valor: \(7{,}2\).

El intervalo entrega un rango de valores posibles: desde \(6{,}9\) hasta \(7{,}5\).

Ejemplo 2: intervalo para una proporción

En una muestra aleatoria de hogares, el \(64\%\) declara separar residuos reciclables.

La proporción muestral es:

\[ \hat{p}=0{,}64 \]

Un intervalo de confianza para la proporción poblacional podría ser:

\[ [0{,}58,\ 0{,}70] \]

Como porcentaje:

\[ [58\%,\ 70\%] \]

Una interpretación cuidadosa sería:

“Según la muestra y el método utilizado, la proporción de hogares de la población que separan residuos reciclables podría estar razonablemente entre \(58\%\) y \(70\%\)”.

No sería correcto decir que exactamente el \(64\%\) de todos los hogares separa residuos.

Ejemplo 3: intervalo más estrecho e intervalo más amplio

Dos estudios buscan estimar el promedio de tiempo de traslado al colegio.

Estudio Estimación puntual Intervalo de confianza
A \(32\) minutos \([30,\ 34]\)
B \(32\) minutos \([26,\ 38]\)

Ambos estudios tienen la misma estimación puntual: \(32\) minutos.

Sin embargo, el Estudio A entrega un intervalo más estrecho, mientras que el Estudio B entrega un intervalo más amplio.

Un intervalo más amplio refleja mayor incertidumbre sobre el valor del parámetro.

Error frecuente

No se debe interpretar un intervalo de confianza como una certeza absoluta.

Por ejemplo, si se obtiene el intervalo \([6{,}9,\ 7{,}5]\), no se debe decir:

“La media poblacional está obligatoriamente dentro de ese intervalo”.

Una interpretación más cuidadosa es decir que el intervalo entrega valores razonables para el parámetro según la muestra y el método utilizado.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: distinguir estimación puntual e intervalo

Una muestra entrega una media muestral de \(\bar{x}=18{,}4\) minutos.

Luego se construye el intervalo de confianza:

\[ [16{,}8,\ 20{,}0] \]

  1. Identifica la estimación puntual.
  2. Identifica el intervalo de confianza.
  3. Explica qué información adicional entrega el intervalo.

Ejercicio 2: interpretar un intervalo para una media

Un estudio sobre horas de sueño entrega el siguiente intervalo de confianza para la media poblacional:

\[ [6{,}7,\ 7{,}3] \]

Escribe una interpretación cuidadosa del intervalo.

Ejercicio 3: intervalo para una proporción

Una encuesta entrega el siguiente intervalo de confianza para la proporción de estudiantes que usan bicicleta para llegar al colegio:

\[ [0{,}22,\ 0{,}34] \]

  1. Exprésalo como porcentaje.
  2. Interpreta el intervalo en contexto.

Ejercicio 4: detectar una mala interpretación

Un intervalo de confianza para la media de tiempo de traslado es:

\[ [28,\ 36] \]

Un estudiante afirma:

“La media poblacional es exactamente \(32\) minutos, porque \(32\) es el centro del intervalo”.

Explica el error en esta interpretación.

Ejercicio 5: comparar amplitudes

Dos estudios entregan intervalos de confianza para la media de horas de estudio semanal:

Estudio Intervalo de confianza
A \([5{,}8,\ 6{,}2]\)
B \([5{,}1,\ 6{,}9]\)
  1. ¿Cuál intervalo es más estrecho?
  2. ¿Cuál intervalo refleja mayor incertidumbre?
  3. Justifica tu respuesta.

Ejercicio 6: completar una conclusión cuidadosa

Un estudio entrega el intervalo \([42,\ 48]\) para la media poblacional de minutos diarios de actividad física.

Completa la conclusión de forma cuidadosa:

“Según la muestra y el método utilizado, la media poblacional de minutos diarios de actividad física...”

Ejercicio 7: caso desafiante

Una municipalidad estima el promedio de tiempo de traslado al trabajo en una comuna.

La estimación puntual es \(41\) minutos y el intervalo de confianza obtenido es:

\[ [37,\ 45] \]

  1. Identifica la estimación puntual.
  2. Identifica el intervalo de confianza.
  3. Interpreta el intervalo en contexto.
  4. Explica por qué no sería correcto afirmar que la media real es exactamente \(41\) minutos.

7. Nivel de confianza

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender el nivel de confianza como una medida de confiabilidad del método usado para construir intervalos.
  • Interpretar correctamente niveles de confianza como \(90\%\), \(95\%\) y \(99\%\).
  • Reconocer que aumentar el nivel de confianza suele producir intervalos más amplios.

¿Qué indica el nivel de confianza?

El nivel de confianza indica qué tan confiable es el método usado para construir un intervalo de confianza.

Por ejemplo, un nivel de confianza de \(95\%\) significa que, si se repitiera muchas veces el proceso de tomar muestras y construir intervalos con el mismo método, aproximadamente el \(95\%\) de esos intervalos contendría el parámetro poblacional.

No significa que tengamos certeza absoluta. La inferencia estadística trabaja con evidencia y con incertidumbre.

Interpretación general

Un intervalo de confianza siempre se interpreta junto con su nivel de confianza.

Por ejemplo:

\[ [6{,}8,\ 7{,}4] \quad \text{con } 95\% \text{ de confianza} \]

Una interpretación cuidadosa sería:

“Usando este método, tenemos un intervalo de valores razonables para el parámetro poblacional, construido con un nivel de confianza de \(95\%\)”.

En lenguaje escolar, también puede decirse que el intervalo fue construido mediante un método que acierta aproximadamente \(95\) de cada \(100\) veces, si se repite muchas veces bajo las mismas condiciones.

Error frecuente

No es correcto decir:

“Hay \(95\%\) de probabilidad de que el parámetro esté dentro de este intervalo”.

Una vez construido el intervalo, el parámetro poblacional es un valor fijo, aunque desconocido.

Lo correcto es interpretar el \(95\%\) como una propiedad del método de construcción de intervalos, no como una garantía absoluta para un intervalo particular.

Ejemplo 1: interpretar un intervalo con \(95\%\) de confianza

Una muestra aleatoria permite construir el siguiente intervalo para la media poblacional de horas de sueño:

\[ [6{,}8,\ 7{,}4] \]

El intervalo se construyó con un nivel de confianza de \(95\%\).

Una interpretación cuidadosa sería:

“Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(6{,}8\) y \(7{,}4\) horas son razonables para la media poblacional de horas de sueño. El método usado tiene un nivel de confianza de \(95\%\)”.

No se debe afirmar que la media poblacional sea exactamente el centro del intervalo ni que el intervalo entregue certeza absoluta.

Ejemplo 2: pensar en muchos intervalos

Supongamos que se repite \(100\) veces el proceso de tomar una muestra y construir un intervalo de confianza del \(95\%\).

La idea del nivel de confianza indica que, aproximadamente, \(95\) de esos \(100\) intervalos contendrían el verdadero parámetro poblacional.

Los otros \(5\) podrían no contenerlo.

Esto muestra que un nivel de confianza alto no elimina completamente la posibilidad de error, pero sí describe la confiabilidad del método a largo plazo.

Ejemplo 3: comparar niveles de confianza

Con los mismos datos muestrales, se construyen tres intervalos para una media poblacional:

Nivel de confianza Intervalo obtenido
\(90\%\) \([40,\ 44]\)
\(95\%\) \([39,\ 45]\)
\(99\%\) \([37,\ 47]\)

El intervalo con \(90\%\) de confianza es más estrecho.

El intervalo con \(99\%\) de confianza es más amplio.

Esto ocurre porque, para tener mayor confianza, normalmente se necesita aceptar un rango más grande de valores razonables para el parámetro.

Idea clave

A mayor nivel de confianza, mayor suele ser la amplitud del intervalo.

Un intervalo más amplio refleja más seguridad del método, pero también menos precisión.

Por eso, en muchos estudios se usa \(95\%\) como un equilibrio razonable entre confianza y precisión.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: interpretar un nivel de confianza

Un estudio entrega un intervalo de confianza del \(95\%\) para la media de tiempo de traslado al colegio.

Explica qué significa el \(95\%\) en este contexto.

Ejercicio 2: detectar una mala interpretación

Un intervalo de confianza para una media poblacional es:

\[ [28,\ 34] \]

con \(95\%\) de confianza.

Un estudiante afirma:

“Hay exactamente \(95\%\) de probabilidad de que la media poblacional esté entre \(28\) y \(34\)”.

Explica por qué esta interpretación no es adecuada.

Ejercicio 3: muchos intervalos

Supongamos que se construyen \(200\) intervalos de confianza usando un método con nivel de confianza \(95\%\).

  1. Aproximadamente, ¿cuántos intervalos contendrían el verdadero parámetro poblacional?
  2. Aproximadamente, ¿cuántos podrían no contenerlo?

Ejercicio 4: comparar niveles de confianza

Con los mismos datos se construyen los siguientes intervalos para una media poblacional:

Intervalo Nivel de confianza
\([18,\ 22]\) \(90\%\)
\([17,\ 23]\) \(95\%\)
\([15,\ 25]\) \(99\%\)
  1. ¿Cuál intervalo es más estrecho?
  2. ¿Cuál intervalo es más amplio?
  3. ¿Qué relación observas entre nivel de confianza y amplitud del intervalo?

Ejercicio 5: elegir la interpretación correcta

Un intervalo de confianza del \(95\%\) para la proporción de hogares que reciclan es:

\[ [0{,}52,\ 0{,}68] \]

Elige la interpretación más adecuada:

  1. “El \(95\%\) de los hogares recicla”.
  2. “La proporción poblacional está exactamente en el centro del intervalo”.
  3. “Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(52\%\) y \(68\%\) son razonables para la proporción poblacional, con un método de \(95\%\) de confianza”.

Ejercicio 6: confianza y precisión

Dos intervalos se construyen con los mismos datos:

\[ [46,\ 54] \quad \text{con } 95\% \text{ de confianza} \]

\[ [43,\ 57] \quad \text{con } 99\% \text{ de confianza} \]

  1. ¿Cuál tiene mayor nivel de confianza?
  2. ¿Cuál es más preciso en el sentido de ser más estrecho?
  3. Explica el intercambio entre confianza y precisión.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una ciudad quiere estimar el promedio de minutos diarios que sus habitantes destinan a actividad física.

Con una muestra aleatoria se construyen los siguientes intervalos:

Nivel de confianza Intervalo para la media
\(90\%\) \([38,\ 44]\)
\(95\%\) \([37,\ 45]\)
\(99\%\) \([35,\ 47]\)
  1. Interpreta el intervalo de \(95\%\) en contexto.
  2. Explica por qué el intervalo de \(99\%\) es más amplio.
  3. Indica cuál intervalo elegirías si se busca mayor precisión y cuál si se busca mayor confianza.

8. Margen de error

 

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender el margen de error como la cantidad que se suma y se resta a una estimación puntual para construir un intervalo.
  • Calcular el margen de error a partir de un intervalo de confianza.
  • Interpretar el margen de error como una medida de incertidumbre, no como el error exacto cometido.

¿Qué es el margen de error?

El margen de error indica cuánto se extiende un intervalo hacia abajo y hacia arriba desde una estimación puntual.

Si una estimación puntual es \(\bar{x}=41\) y el margen de error es \(4\), entonces el intervalo se construye restando y sumando \(4\):

\[ 41-4=37 \]

\[ 41+4=45 \]

Por lo tanto, el intervalo es:

\[ [37,\ 45] \]

Forma general

Un intervalo de confianza puede expresarse como:

\[ \text{estimación puntual} \pm \text{margen de error} \]

Para una media muestral:

\[ \bar{x} \pm ME \]

donde \(ME\) representa el margen de error.

Calcular el margen de error desde un intervalo

Si se conoce un intervalo de confianza \([L,\ U]\), el margen de error corresponde a la mitad de su amplitud:

\[ ME=\frac{U-L}{2} \]

El centro del intervalo se puede calcular como:

\[ \frac{L+U}{2} \]

No confundir

El margen de error no es el error exacto de una estimación.

El error exacto sería la diferencia entre el estadístico muestral y el parámetro real, pero normalmente el parámetro no se conoce.

El margen de error expresa una cantidad de incertidumbre asociada al método usado para construir el intervalo.

Ejemplo 1: construir un intervalo con margen de error

Una muestra entrega una media muestral de:

\[ \bar{x}=52 \]

El margen de error es:

\[ ME=3 \]

Construimos el intervalo:

\[ 52-3=49 \]

\[ 52+3=55 \]

Por lo tanto:

\[ \bar{x}\pm ME=52\pm 3=[49,\ 55] \]

Una interpretación cuidadosa sería:

“Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(49\) y \(55\) son razonables para la media poblacional”.

Ejemplo 2: obtener el margen de error desde un intervalo

Un estudio entrega el intervalo de confianza:

\[ [18,\ 24] \]

Calculamos la amplitud del intervalo:

\[ 24-18=6 \]

El margen de error es la mitad de esa amplitud:

\[ ME=\frac{6}{2}=3 \]

El centro del intervalo es:

\[ \frac{18+24}{2}=21 \]

Entonces, el intervalo puede escribirse como:

\[ 21\pm 3 \]

Ejemplo 3: margen de error y amplitud del intervalo

Dos estudios estiman la misma media poblacional.

Estudio Estimación puntual Margen de error Intervalo
A \(40\) \(2\) \([38,\ 42]\)
B \(40\) \(6\) \([34,\ 46]\)

Ambos estudios tienen la misma estimación puntual: \(40\).

El estudio B tiene mayor margen de error, por eso su intervalo es más amplio.

Un margen de error mayor refleja más incertidumbre sobre el valor del parámetro.

Ejemplo 4: margen de error y error estándar

En muchos intervalos de confianza, el margen de error se obtiene multiplicando el error estándar por un valor asociado al nivel de confianza.

En una aproximación escolar para intervalos de confianza del \(95\%\), se suele usar:

\[ ME\approx 2\cdot EE \]

Si el error estándar es \(EE=1{,}5\), entonces:

\[ ME\approx 2\cdot 1{,}5=3 \]

Si la media muestral es \(\bar{x}=28\), el intervalo aproximado sería:

\[ 28\pm 3=[25,\ 31] \]

Idea clave

El margen de error transforma una estimación puntual en un intervalo.

Una estimación puntual entrega un solo valor; el margen de error permite expresar incertidumbre alrededor de ese valor.

Mientras mayor sea el margen de error, más amplio será el intervalo.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: construir un intervalo

Una muestra entrega una media muestral de \(\bar{x}=35\).

El margen de error es \(ME=4\).

Construye el intervalo correspondiente.

Ejercicio 2: calcular el margen de error

Un intervalo de confianza para una media poblacional es:

\[ [46,\ 54] \]

Calcula el margen de error.

Ejercicio 3: encontrar centro y margen

Un estudio entrega el intervalo:

\[ [12{,}5,\ 17{,}5] \]

  1. Calcula el centro del intervalo.
  2. Calcula el margen de error.
  3. Escribe el intervalo en la forma “estimación puntual \(\pm\) margen de error”.

Ejercicio 4: interpretar el margen de error

Una encuesta estima que el tiempo promedio de traslado es \(42\) minutos, con margen de error de \(5\) minutos.

  1. Construye el intervalo.
  2. Interpreta el resultado en contexto.

Ejercicio 5: comparar márgenes de error

Dos estudios entregan la misma estimación puntual, \(60\), pero distintos márgenes de error:

Estudio Estimación puntual Margen de error
A \(60\) \(3\)
B \(60\) \(8\)
  1. Construye ambos intervalos.
  2. ¿Cuál intervalo es más amplio?
  3. ¿Cuál refleja mayor incertidumbre?

Ejercicio 6: margen de error aproximado desde error estándar

Para un intervalo aproximado del \(95\%\), se usa:

\[ ME\approx 2\cdot EE \]

Una muestra tiene media \(\bar{x}=74\) y error estándar \(EE=2{,}5\).

  1. Calcula el margen de error aproximado.
  2. Construye el intervalo aproximado.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una municipalidad estima el promedio de minutos diarios de actividad física de sus habitantes.

La estimación puntual es \(43\) minutos y el intervalo obtenido es:

\[ [38,\ 48] \]

  1. Identifica la estimación puntual.
  2. Calcula el margen de error.
  3. Escribe el intervalo en forma \(\bar{x}\pm ME\).
  4. Explica por qué el margen de error no debe interpretarse como el error exacto cometido.

9. Intervalo de confianza para una media

Objetivo de aprendizaje

  • Construir un intervalo de confianza aproximado para una media poblacional usando una media muestral.
  • Relacionar media muestral, error estándar y margen de error en la construcción de un intervalo.
  • Interpretar un intervalo de confianza para una media en contexto.

¿Qué queremos estimar?

Cuando se estudia una variable cuantitativa, muchas veces se quiere estimar una media poblacional \(\mu\).

Como normalmente no se puede medir a toda la población, se toma una muestra y se calcula la media muestral \(\bar{x}\).

Luego, para reconocer la incertidumbre de esa estimación, se construye un intervalo de confianza alrededor de \(\bar{x}\).

Intervalo de confianza aproximado para una media

En una versión escolar, un intervalo de confianza aproximado del \(95\%\) para una media puede construirse así:

\[ \bar{x} \pm ME \]

donde el margen de error se puede aproximar por:

\[ ME \approx 2\cdot EE \]

y el error estándar de la media se calcula como:

\[ EE=\frac{s}{\sqrt{n}} \]

Por lo tanto, el intervalo queda:

\[ \bar{x} \pm 2\cdot \frac{s}{\sqrt{n}} \]

Pasos para construir el intervalo

  1. Identificar la media muestral \(\bar{x}\).
  2. Calcular el error estándar \(EE=\frac{s}{\sqrt{n}}\).
  3. Calcular el margen de error aproximado \(ME\approx 2\cdot EE\).
  4. Restar y sumar el margen de error a la media muestral.
  5. Interpretar el intervalo en contexto.

Atención

El intervalo de confianza no dice que la media poblacional sea exactamente igual a la media muestral.

El intervalo entrega un rango de valores razonables para \(\mu\), construido a partir de la muestra y del método utilizado.

Además, en esta página usaremos la aproximación escolar \(ME\approx 2\cdot EE\) para intervalos cercanos al \(95\%\) de confianza.

Ejemplo 1: construir un intervalo para una media

Una muestra aleatoria de \(36\) estudiantes tiene una media de \(72\) puntos en una prueba.

La desviación estándar muestral es \(s=12\).

Queremos construir un intervalo de confianza aproximado del \(95\%\) para la media poblacional.

Identificamos los datos:

\[ \bar{x}=72,\qquad s=12,\qquad n=36 \]

Calculamos el error estándar:

\[ EE=\frac{s}{\sqrt{n}}=\frac{12}{\sqrt{36}} \]

Como \(\sqrt{36}=6\), entonces:

\[ EE=\frac{12}{6}=2 \]

Calculamos el margen de error aproximado:

\[ ME\approx 2\cdot EE=2\cdot 2=4 \]

Construimos el intervalo:

\[ 72\pm 4 \]

\[ [68,\ 76] \]

Una interpretación cuidadosa sería:

“Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(68\) y \(76\) puntos son razonables para la media poblacional de puntaje en la prueba”.

Ejemplo 2: intervalo en contexto

Una municipalidad quiere estimar el tiempo promedio de traslado al trabajo de los habitantes de una comuna.

Se selecciona una muestra aleatoria de \(81\) personas y se obtiene:

\[ \bar{x}=42 \text{ minutos},\qquad s=18 \text{ minutos} \]

Calculamos el error estándar:

\[ EE=\frac{18}{\sqrt{81}}=\frac{18}{9}=2 \]

Calculamos el margen de error aproximado:

\[ ME\approx 2\cdot 2=4 \]

Construimos el intervalo:

\[ 42\pm 4=[38,\ 46] \]

Por lo tanto, un intervalo de confianza aproximado del \(95\%\) para la media poblacional es:

\[ [38,\ 46] \]

Esto significa que, según la muestra y el método utilizado, el promedio real de tiempo de traslado podría estar razonablemente entre \(38\) y \(46\) minutos.

Ejemplo 3: efecto del tamaño muestral

Dos estudios tienen la misma media muestral y la misma desviación estándar, pero distinto tamaño muestral.

Estudio \(\bar{x}\) \(s\) \(n\) \(EE=\frac{s}{\sqrt{n}}\) Intervalo aproximado
A \(50\) \(20\) \(25\) \(\frac{20}{5}=4\) \(50\pm 8=[42,\ 58]\)
B \(50\) \(20\) \(100\) \(\frac{20}{10}=2\) \(50\pm 4=[46,\ 54]\)

El estudio B tiene mayor tamaño muestral, por eso su error estándar es menor.

Al disminuir el error estándar, también disminuye el margen de error y el intervalo queda más estrecho.

Idea clave

Para construir un intervalo de confianza para una media, no basta con conocer \(\bar{x}\).

También se necesita considerar la variabilidad de los datos y el tamaño muestral.

El error estándar permite transformar esa información en un margen de error para construir el intervalo.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: calcular error estándar y margen de error

Una muestra tiene desviación estándar \(s=15\) y tamaño muestral \(n=25\).

  1. Calcula el error estándar.
  2. Calcula el margen de error aproximado para un intervalo del \(95\%\), usando \(ME\approx 2\cdot EE\).

Ejercicio 2: construir un intervalo

Una muestra aleatoria entrega:

\[ \bar{x}=64,\qquad s=10,\qquad n=25 \]

Construye un intervalo de confianza aproximado del \(95\%\) para la media poblacional.

Ejercicio 3: interpretar un intervalo para una media

Un estudio entrega el siguiente intervalo de confianza aproximado para la media de horas de sueño de una población:

\[ [6{,}6,\ 7{,}4] \]

Escribe una interpretación cuidadosa del intervalo en contexto.

Ejercicio 4: completar el procedimiento

Una muestra tiene:

\[ \bar{x}=28,\qquad s=12,\qquad n=36 \]

  1. Calcula el error estándar.
  2. Calcula el margen de error aproximado.
  3. Construye el intervalo de confianza aproximado.

Ejercicio 5: comparar dos intervalos

Dos estudios tienen la misma media muestral \(\bar{x}=80\) y la misma desviación estándar \(s=16\), pero distinto tamaño muestral.

Estudio Tamaño muestral
A \(n=16\)
B \(n=64\)
  1. Construye el intervalo aproximado del \(95\%\) para cada estudio.
  2. Indica cuál intervalo es más estrecho.
  3. Explica por qué ocurre eso.

Ejercicio 6: detectar una interpretación incorrecta

Un intervalo de confianza aproximado para una media poblacional es:

\[ [48,\ 56] \]

Un estudiante afirma:

“La media poblacional es exactamente \(52\), porque \(52\) está al centro del intervalo”.

Explica el error y escribe una interpretación más adecuada.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una empresa quiere estimar la masa promedio real de sus envases.

Selecciona una muestra aleatoria de \(100\) envases y obtiene:

\[ \bar{x}=502 \text{ g},\qquad s=15 \text{ g} \]

  1. Calcula el error estándar.
  2. Calcula el margen de error aproximado para un intervalo del \(95\%\).
  3. Construye el intervalo de confianza aproximado.
  4. Interpreta el intervalo en contexto.
  5. Explica por qué no se debe afirmar que la media real es exactamente \(502\) g.

10. Interpretación correcta de un intervalo

Objetivo de aprendizaje

  • Interpretar correctamente intervalos de confianza para una media o una proporción poblacional.
  • Distinguir entre el parámetro poblacional, la estimación puntual y los datos individuales.
  • Reconocer interpretaciones incorrectas frecuentes de los intervalos de confianza.

¿Qué representa un intervalo de confianza?

Un intervalo de confianza entrega un rango de valores razonables para un parámetro poblacional.

Si se estudia una media, el intervalo se refiere a la media poblacional \(\mu\).

Si se estudia una proporción, el intervalo se refiere a la proporción poblacional \(p\).

El intervalo no describe directamente a cada individuo de la población, sino al parámetro que se quiere estimar.

Forma de una interpretación cuidadosa

Una interpretación adecuada debe mencionar el contexto, el parámetro y el alcance del método utilizado.

Tipo de intervalo Interpretación cuidadosa
Intervalo para una media \(\mu\) Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(L\) y \(U\) son razonables para la media poblacional.
Intervalo para una proporción \(p\) Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(L\) y \(U\) son razonables para la proporción poblacional.

Errores frecuentes

No se debe interpretar un intervalo de confianza como si fuera una certeza absoluta.

Tampoco se debe decir que el intervalo contiene necesariamente al parámetro, ni que el centro del intervalo es exactamente el valor real de la población.

Otro error común es pensar que el intervalo describe a todos los datos individuales. Por ejemplo, un intervalo para la media de horas de sueño no significa que todos los estudiantes duerman dentro de ese rango.

Ejemplo 1: interpretar un intervalo para una media

Un estudio sobre horas de sueño entrega el siguiente intervalo de confianza aproximado para la media poblacional:

\[ [6{,}7,\ 7{,}5] \]

Una interpretación correcta sería:

“Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(6{,}7\) y \(7{,}5\) horas son razonables para la media poblacional de horas de sueño”.

Una interpretación incorrecta sería:

“Todos los estudiantes duermen entre \(6{,}7\) y \(7{,}5\) horas”.

El error está en confundir un intervalo para la media poblacional con un rango para los datos individuales.

Ejemplo 2: interpretar un intervalo para una proporción

Una encuesta entrega el siguiente intervalo de confianza para la proporción de hogares que separan residuos reciclables:

\[ [0{,}58,\ 0{,}70] \]

Como porcentaje:

\[ [58\%,\ 70\%] \]

Una interpretación correcta sería:

“Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(58\%\) y \(70\%\) son razonables para la proporción poblacional de hogares que separan residuos reciclables”.

No significa que exactamente el \(64\%\), el centro del intervalo, sea necesariamente la proporción real de la población.

Ejemplo 3: comparar interpretaciones

Un intervalo de confianza del \(95\%\) para la media de tiempo de traslado al colegio es:

\[ [24,\ 32] \]

Interpretación Evaluación
“La media poblacional podría estar razonablemente entre \(24\) y \(32\) minutos, según la muestra y el método usado”. Correcta.
“Todos los estudiantes tardan entre \(24\) y \(32\) minutos”. Incorrecta: confunde media con datos individuales.
“La media poblacional es exactamente \(28\) minutos”. Incorrecta: el centro del intervalo no es necesariamente el valor exacto del parámetro.

Idea clave

Un intervalo de confianza debe interpretarse como un rango razonable para un parámetro poblacional.

No describe obligatoriamente a cada individuo, no entrega certeza absoluta y no garantiza que el centro sea el valor exacto del parámetro.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: interpretar un intervalo para una media

Un estudio entrega el siguiente intervalo de confianza para la media de horas de estudio semanal de una población de estudiantes:

\[ [5{,}4,\ 6{,}8] \]

Escribe una interpretación correcta del intervalo.

Ejercicio 2: interpretar un intervalo para una proporción

Una encuesta entrega el siguiente intervalo para la proporción de estudiantes que usan bicicleta para llegar al colegio:

\[ [0{,}18,\ 0{,}30] \]

  1. Exprésalo como porcentaje.
  2. Interpreta el intervalo en contexto.

Ejercicio 3: detectar una interpretación incorrecta

Un intervalo de confianza para la media de edad de una población es:

\[ [15{,}8,\ 16{,}6] \]

Un estudiante afirma:

“Esto significa que todas las personas de la población tienen entre \(15{,}8\) y \(16{,}6\) años”.

Explica el error de interpretación.

Ejercicio 4: centro del intervalo

Un intervalo de confianza para una media poblacional es:

\[ [38,\ 46] \]

Un estudiante afirma:

“La media real es exactamente \(42\), porque \(42\) está en el centro del intervalo”.

  1. Verifica que \(42\) es el centro del intervalo.
  2. Explica por qué la interpretación del estudiante es incorrecta.

Ejercicio 5: elegir la interpretación adecuada

Un intervalo de confianza para la proporción de hogares con internet fijo es:

\[ [0{,}72,\ 0{,}84] \]

Elige la interpretación más adecuada y justifica:

  1. “Entre el \(72\%\) y el \(84\%\) de los hogares de la muestra tiene internet fijo”.
  2. “Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(72\%\) y \(84\%\) son razonables para la proporción poblacional de hogares con internet fijo”.
  3. “El \(78\%\) de todos los hogares tiene internet fijo, porque \(78\%\) es el centro del intervalo”.

Ejercicio 6: corregir una conclusión

Un estudio entrega el intervalo:

\[ [47,\ 53] \]

para la media de puntajes de una población.

Un informe concluye:

“La media poblacional es exactamente \(50\), y todos los puntajes están entre \(47\) y \(53\)”.

Reescribe la conclusión de forma correcta.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una municipalidad realiza una encuesta para estimar el promedio de minutos diarios de actividad física de sus habitantes.

El intervalo de confianza obtenido es:

\[ [36,\ 48] \]

  1. Identifica el parámetro al que se refiere el intervalo.
  2. Interpreta correctamente el intervalo en contexto.
  3. Explica por qué no se puede concluir que todos los habitantes realizan entre \(36\) y \(48\) minutos diarios de actividad física.
  4. Explica por qué no se debe afirmar que la media poblacional es exactamente \(42\) minutos.

11. Hipótesis estadística

 

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender una hipótesis estadística como una afirmación sobre un parámetro poblacional.
  • Distinguir entre una afirmación sobre una muestra y una hipótesis sobre una población.
  • Reconocer que una hipótesis estadística se evalúa con evidencia muestral, no se demuestra con certeza absoluta.

¿Qué es una hipótesis estadística?

Una hipótesis estadística es una afirmación sobre una característica de una población.

Normalmente se refiere a un parámetro poblacional, como una media \(\mu\) o una proporción \(p\).

Por ejemplo, una empresa puede afirmar que la masa promedio de sus envases es \(500\) g. Esa afirmación habla de una media poblacional, porque se refiere a todos los envases producidos por el proceso.

Hipótesis y parámetro

Una hipótesis estadística debe referirse a una población, no solo a los datos observados en una muestra.

Tipo de parámetro Ejemplo de hipótesis estadística Parámetro involucrado
Media poblacional “El promedio real de masa de los envases es \(500\) g”. \(\mu\)
Proporción poblacional “La proporción real de estudiantes que usa transporte público es mayor que \(60\%\)”. \(p\)

De la afirmación a la evidencia

Una hipótesis estadística se plantea antes de analizar la evidencia muestral.

Luego se toma una muestra y se estudia si los datos observados apoyan o cuestionan esa afirmación.

La inferencia estadística no entrega certezas absolutas: permite decidir si la muestra entrega evidencia suficiente para considerar razonable o dudosa una afirmación sobre la población.

Ejemplo 1: hipótesis sobre una media

Una fábrica afirma que la masa promedio de sus envases es \(500\) g.

La hipótesis estadística se refiere a la media poblacional:

\[ \mu=\text{masa promedio real de todos los envases producidos} \]

La afirmación puede expresarse como:

“La media poblacional de masa de los envases es \(500\) g”.

Para evaluar esta hipótesis, se puede seleccionar una muestra de envases y calcular una media muestral \(\bar{x}\).

Si la muestra entrega \(\bar{x}=498\), ese resultado no demuestra por sí solo que la hipótesis sea falsa. Se debe analizar si la diferencia observada puede explicarse por variabilidad muestral o si es suficientemente importante para cuestionar la afirmación.

Ejemplo 2: hipótesis sobre una proporción

Una municipalidad afirma que más del \(50\%\) de los hogares de una comuna separa residuos reciclables.

La hipótesis se refiere a una proporción poblacional:

\[ p=\text{proporción real de hogares de la comuna que separan residuos reciclables} \]

La afirmación puede expresarse como:

“La proporción poblacional de hogares que separan residuos reciclables es mayor que \(50\%\)”.

Para evaluarla, se puede tomar una muestra aleatoria de hogares y calcular la proporción muestral \(\hat{p}\).

La muestra entrega evidencia, pero no una demostración absoluta.

Ejemplo 3: afirmación muestral versus hipótesis estadística

Observa estas dos afirmaciones:

Afirmación ¿Es hipótesis estadística? Justificación
“En la muestra, \(42\) de \(60\) estudiantes usan internet para estudiar”. No Describe un resultado observado en la muestra.
“La proporción real de estudiantes del colegio que usan internet para estudiar es mayor que \(60\%\)”. Es una afirmación sobre una proporción poblacional \(p\).

Una hipótesis estadística habla de la población. La muestra se usa después para evaluarla.

Error frecuente

No se debe confundir una hipótesis estadística con el resultado de una muestra.

Una hipótesis plantea algo sobre la población. Un estadístico muestral entrega evidencia para analizar esa hipótesis.

Por ejemplo, \(\bar{x}=72\) es un resultado muestral; en cambio, “la media poblacional es \(70\)” es una hipótesis sobre \(\mu\).

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: reconocer una hipótesis estadística

Indica cuál de las siguientes afirmaciones corresponde a una hipótesis estadística:

  1. “En la muestra, la media de horas de sueño fue \(7{,}1\)”.
  2. “La media real de horas de sueño de los estudiantes del colegio es \(7\) horas”.

Ejercicio 2: identificar el parámetro involucrado

Una empresa afirma:

“La masa promedio real de sus paquetes es \(1000\) g”.

  1. ¿La afirmación se refiere a una media o a una proporción?
  2. ¿Qué parámetro está involucrado?
  3. ¿Qué estadístico muestral podría usarse para evaluarla?

Ejercicio 3: hipótesis sobre una proporción

Un colegio afirma:

“Más del \(70\%\) de sus estudiantes usa una plataforma digital para estudiar”.

  1. ¿La afirmación se refiere a una media o a una proporción?
  2. Escribe el parámetro poblacional involucrado.
  3. Indica qué estadístico muestral podría usarse para evaluar la afirmación.

Ejercicio 4: distinguir muestra y población

Una encuesta a \(120\) estudiantes entrega que \(78\) prefieren evaluaciones con proyectos.

Clasifica cada afirmación como resultado muestral o hipótesis estadística:

  1. “En la muestra, \(78\) de \(120\) estudiantes prefieren evaluaciones con proyectos”.
  2. “La proporción real de estudiantes del colegio que prefieren evaluaciones con proyectos es mayor que \(60\%\)”.
  3. “La proporción muestral observada es \(\hat{p}=\frac{78}{120}\)”.

Ejercicio 5: transformar una afirmación vaga

La siguiente afirmación es poco precisa:

“Los estudiantes duermen poco”.

Reescríbela como una hipótesis estadística sobre una media poblacional.

Ejercicio 6: evaluar evidencia sin certeza absoluta

Una fábrica afirma que la masa promedio real de sus envases es \(500\) g.

Una muestra aleatoria entrega una media muestral de \(\bar{x}=497\) g.

Un estudiante concluye:

“La hipótesis de la fábrica es falsa, porque \(497\neq 500\)”.

Explica por qué esa conclusión es apresurada.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una municipalidad afirma que la proporción real de hogares que separan residuos reciclables es mayor que \(60\%\).

Se toma una muestra aleatoria de \(200\) hogares y \(132\) declaran separar residuos.

  1. Identifica la hipótesis estadística en palabras.
  2. Identifica el parámetro poblacional involucrado.
  3. Calcula la proporción muestral.
  4. Explica por qué la muestra entrega evidencia, pero no una certeza absoluta.

12. Hipótesis nula y alternativa

Objetivo de aprendizaje

  • Distinguir entre hipótesis nula e hipótesis alternativa en una situación estadística.
  • Formular hipótesis usando parámetros poblacionales como \(\mu\) y \(p\).
  • Reconocer si una hipótesis alternativa plantea diferencia, aumento o disminución respecto de un valor de referencia.

Dos hipótesis para comparar

En una prueba de hipótesis se plantean dos afirmaciones sobre un parámetro poblacional.

La primera se llama hipótesis nula y se representa por \(H_0\).

La segunda se llama hipótesis alternativa y se representa por \(H_1\) o \(H_a\).

Luego se usa evidencia muestral para decidir si hay razones suficientes para cuestionar la hipótesis nula.

Hipótesis nula e hipótesis alternativa

Hipótesis Representación Idea central
Hipótesis nula \(H_0\) Plantea un valor de referencia, igualdad o situación inicial que se evalúa con los datos.
Hipótesis alternativa \(H_1\) o \(H_a\) Plantea la afirmación que se busca apoyar si la evidencia muestral es suficientemente fuerte.

Siempre se formulan sobre parámetros

Las hipótesis estadísticas deben referirse a parámetros poblacionales, no a estadísticos muestrales.

Por ejemplo, se escribe:

\[ H_0:\mu=500 \]

No se escribe:

\[ H_0:\bar{x}=500 \]

La media muestral \(\bar{x}\) se usa como evidencia, pero la hipótesis se plantea sobre la media poblacional \(\mu\).

Tipos frecuentes de hipótesis alternativa

Tipo de afirmación Forma de \(H_1\) Interpretación
Diferente de un valor \(\mu \ne 500\) La media poblacional no es \(500\).
Mayor que un valor \(\mu > 500\) La media poblacional es mayor que \(500\).
Menor que un valor \(\mu < 500\) La media poblacional es menor que \(500\).

Ejemplo 1: hipótesis sobre una media

Una fábrica afirma que la masa promedio real de sus envases es \(500\) g.

El parámetro involucrado es:

\[ \mu=\text{masa promedio real de todos los envases} \]

Si se quiere evaluar si la media poblacional es distinta de \(500\) g, se pueden plantear las hipótesis:

\[ H_0:\mu=500 \]

\[ H_1:\mu\ne 500 \]

La hipótesis nula representa el valor declarado por la fábrica.

La hipótesis alternativa plantea que la media real no es \(500\) g.

Ejemplo 2: hipótesis sobre una proporción

Una municipalidad quiere evaluar si más del \(60\%\) de los hogares separa residuos reciclables.

El parámetro involucrado es:

\[ p=\text{proporción real de hogares que separan residuos reciclables} \]

En una versión escolar, se pueden plantear las hipótesis usando \(60\%\) como valor de referencia:

\[ H_0:p=0{,}60 \]

\[ H_1:p>0{,}60 \]

La hipótesis alternativa usa el signo \(>\), porque la afirmación que se quiere evaluar es que la proporción real sea mayor que \(60\%\).

Ejemplo 3: alternativa menor que un valor

Una orientadora sospecha que los estudiantes de enseñanza media duermen en promedio menos de \(7\) horas diarias.

El parámetro involucrado es:

\[ \mu=\text{media real de horas de sueño de los estudiantes} \]

Como la sospecha es “menos de \(7\) horas”, la hipótesis alternativa debe usar el signo \(<\):

\[ H_0:\mu=7 \]

\[ H_1:\mu<7 \]

La muestra se usará después para evaluar si hay evidencia suficiente a favor de la alternativa.

Error frecuente

No se debe formular la hipótesis usando el resultado de la muestra.

Por ejemplo, si una muestra entrega \(\bar{x}=497\), no corresponde escribir \(H_0:\bar{x}=497\).

La hipótesis debe hablar del parámetro poblacional, como \(\mu\) o \(p\). El estadístico muestral se usa después como evidencia.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: identificar hipótesis nula y alternativa

Una empresa afirma que la duración promedio real de sus ampolletas es \(800\) horas.

Se quiere evaluar si la duración promedio real es distinta de \(800\) horas.

  1. Identifica el parámetro involucrado.
  2. Escribe \(H_0\).
  3. Escribe \(H_1\).

Ejercicio 2: hipótesis alternativa mayor que un valor

Un colegio quiere evaluar si más del \(70\%\) de sus estudiantes usa una plataforma digital para estudiar.

  1. Identifica el parámetro involucrado.
  2. Escribe una hipótesis nula usando \(70\%\) como valor de referencia.
  3. Escribe la hipótesis alternativa.

Ejercicio 3: hipótesis alternativa menor que un valor

Una aplicación afirma que el tiempo promedio para completar una actividad es menor que \(12\) minutos.

Formula las hipótesis usando \(\mu\) como media poblacional del tiempo de resolución.

Ejercicio 4: elegir el signo correcto

Indica si la hipótesis alternativa debe usar \(>\), \(<\) o \(\ne\):

  1. Se quiere evaluar si la media poblacional es mayor que \(50\).
  2. Se quiere evaluar si la proporción poblacional es menor que \(0{,}30\).
  3. Se quiere evaluar si la media poblacional es distinta de \(100\).
  4. Se quiere evaluar si la proporción poblacional es mayor que \(0{,}65\).

Ejercicio 5: detectar un error de formulación

Una muestra de \(64\) paquetes entrega una media muestral de \(\bar{x}=497\) g.

Un estudiante escribe:

\[ H_0:\bar{x}=497 \]

Explica por qué esta formulación es incorrecta y corrígela si se quiere evaluar la afirmación de que la media poblacional es \(500\) g.

Ejercicio 6: formular hipótesis desde un contexto

Una municipalidad afirma que la proporción real de hogares con acceso a internet fijo es al menos cercana al \(80\%\).

Un equipo quiere evaluar si esa proporción es menor que \(80\%\).

  1. Identifica el parámetro poblacional.
  2. Escribe \(H_0\) usando \(80\%\) como valor de referencia.
  3. Escribe \(H_1\) según lo que el equipo quiere evaluar.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una empresa declara que el promedio real de tiempo de espera de sus clientes es \(10\) minutos.

Un grupo de usuarios sospecha que el tiempo promedio real es mayor que \(10\) minutos.

Se toma una muestra y se obtiene una media muestral de \(11{,}2\) minutos.

  1. Identifica el parámetro poblacional.
  2. Formula \(H_0\).
  3. Formula \(H_1\).
  4. Explica por qué \(11{,}2\) no debe aparecer en la formulación de las hipótesis.
  5. Explica qué papel cumple la media muestral \(11{,}2\).

13. Nivel de significancia

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender el nivel de significancia como un criterio previo para evaluar evidencia contra una hipótesis nula.
  • Interpretar valores frecuentes de significancia como \(\alpha=0{,}10\), \(\alpha=0{,}05\) y \(\alpha=0{,}01\).
  • Reconocer que rechazar o no rechazar una hipótesis nula no equivale a demostrar una verdad absoluta.

¿Por qué se necesita un criterio?

En una prueba de hipótesis, una muestra puede entregar evidencia a favor o en contra de una hipótesis nula \(H_0\).

Sin embargo, los resultados muestrales pueden variar de una muestra a otra. Por eso, no basta con observar una diferencia: se necesita un criterio para decidir si esa diferencia es suficientemente importante.

Ese criterio se relaciona con el nivel de significancia.

Nivel de significancia

El nivel de significancia se representa por la letra griega \(\alpha\).

Indica el nivel de exigencia que se usará para decidir si la evidencia muestral es suficientemente fuerte contra la hipótesis nula.

Nivel de significancia Como porcentaje Interpretación general
\(\alpha=0{,}10\) \(10\%\) Criterio menos exigente para rechazar \(H_0\).
\(\alpha=0{,}05\) \(5\%\) Criterio frecuente en muchos estudios escolares e introductorios.
\(\alpha=0{,}01\) \(1\%\) Criterio más exigente para rechazar \(H_0\).

Idea de decisión

El nivel de significancia se fija antes de analizar la evidencia final.

Luego se compara la evidencia muestral con ese criterio.

Si la evidencia contra \(H_0\) es suficientemente fuerte según el nivel de significancia elegido, se rechaza \(H_0\).

Si la evidencia no es suficientemente fuerte, no se rechaza \(H_0\).

Error frecuente

No rechazar \(H_0\) no significa demostrar que \(H_0\) sea verdadera.

Solo significa que, con la evidencia disponible y el nivel de significancia elegido, no hay razones suficientes para rechazarla.

Del mismo modo, rechazar \(H_0\) no entrega certeza absoluta: indica que la muestra entrega evidencia suficientemente fuerte contra \(H_0\) bajo el criterio usado.

Ejemplo 1: nivel de significancia en una media

Una fábrica declara que la masa promedio real de sus envases es \(500\) g.

Se plantean las hipótesis:

\[ H_0:\mu=500 \]

\[ H_1:\mu\ne 500 \]

Antes de analizar la muestra, se decide usar un nivel de significancia de:

\[ \alpha=0{,}05 \]

Esto significa que se usará un criterio del \(5\%\) para decidir si la evidencia muestral es suficientemente fuerte para rechazar la afirmación inicial de la fábrica.

No significa que haya \(5\%\) de probabilidad de que \(H_0\) sea verdadera o falsa.

Ejemplo 2: comparar dos niveles de significancia

Supongamos que dos equipos estudian la misma afirmación:

\[ H_0:\mu=100 \]

El Equipo A usa:

\[ \alpha=0{,}10 \]

El Equipo B usa:

\[ \alpha=0{,}01 \]

El Equipo A usa un criterio menos exigente para rechazar \(H_0\).

El Equipo B usa un criterio más exigente: necesitará evidencia más fuerte para rechazar \(H_0\).

Por eso, mientras menor es \(\alpha\), más difícil suele ser rechazar la hipótesis nula.

Ejemplo 3: conclusión con significancia

Un colegio quiere evaluar si la media real de horas de sueño de sus estudiantes es menor que \(7\) horas.

Se plantean:

\[ H_0:\mu=7 \]

\[ H_1:\mu<7 \]

Se fija un nivel de significancia:

\[ \alpha=0{,}05 \]

Después de analizar la muestra, se decide rechazar \(H_0\).

Una conclusión cuidadosa sería:

“Con un nivel de significancia del \(5\%\), la muestra entrega evidencia suficiente para rechazar \(H_0\) y apoyar que la media poblacional de horas de sueño es menor que \(7\) horas”.

La conclusión habla de evidencia suficiente, no de certeza absoluta.

Idea clave

El nivel de significancia es un criterio de decisión.

Un valor menor de \(\alpha\) exige evidencia más fuerte para rechazar \(H_0\).

En las próximas páginas, este criterio se usará junto con resultados muestrales para tomar decisiones en pruebas de hipótesis.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: interpretar \(\alpha=0{,}05\)

En una prueba de hipótesis se fija un nivel de significancia de:

\[ \alpha=0{,}05 \]

Explica qué significa este valor como criterio de decisión.

Ejercicio 2: comparar niveles de significancia

Se consideran dos niveles de significancia:

\[ \alpha=0{,}10 \]

\[ \alpha=0{,}01 \]

  1. ¿Cuál corresponde a un criterio más exigente?
  2. ¿Cuál permite rechazar \(H_0\) con menor exigencia?

Ejercicio 3: identificar el nivel de significancia

En un estudio se indica:

“Se evaluó la hipótesis con un nivel de significancia del \(1\%\)”.

  1. Escribe el valor de \(\alpha\) en forma decimal.
  2. Indica si este criterio es más o menos exigente que \(\alpha=0{,}05\).

Ejercicio 4: detectar una mala interpretación

Un estudiante afirma:

“Si usamos \(\alpha=0{,}05\), entonces hay \(5\%\) de probabilidad de que la hipótesis nula sea verdadera”.

Explica por qué esta interpretación es incorrecta.

Ejercicio 5: conclusión al rechazar \(H_0\)

En una prueba de hipótesis se plantea:

\[ H_0:\mu=50 \]

\[ H_1:\mu>50 \]

Con nivel de significancia \(\alpha=0{,}05\), se decide rechazar \(H_0\).

Escribe una conclusión cuidadosa.

Ejercicio 6: conclusión al no rechazar \(H_0\)

En una prueba de hipótesis se plantea:

\[ H_0:p=0{,}60 \]

\[ H_1:p\ne 0{,}60 \]

Con nivel de significancia \(\alpha=0{,}05\), se decide no rechazar \(H_0\).

Explica qué significa esta decisión.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una empresa declara que el tiempo promedio real de espera de sus clientes es \(10\) minutos.

Un equipo quiere evaluar si el tiempo promedio real es mayor que \(10\) minutos.

Se fija un nivel de significancia de \(5\%\).

  1. Formula \(H_0\).
  2. Formula \(H_1\).
  3. Escribe el valor de \(\alpha\) en forma decimal.
  4. Explica qué significa usar ese nivel de significancia.
  5. Si se rechaza \(H_0\), escribe una conclusión cuidadosa.

14. Prueba de hipótesis para una media: versión escolar

Objetivo de aprendizaje

  • Aplicar una prueba de hipótesis para una media poblacional en una versión escolar.
  • Calcular el error estándar y la distancia entre una media muestral y un valor hipotético.
  • Tomar una decisión estadística cuidadosa: rechazar o no rechazar \(H_0\), sin afirmar certezas absolutas.

¿Qué se evalúa en una prueba para una media?

Una prueba de hipótesis para una media permite evaluar si los datos de una muestra entregan evidencia suficiente para cuestionar una afirmación sobre una media poblacional \(\mu\).

Por ejemplo, una empresa puede afirmar que la masa promedio real de sus envases es \(500\) g. Esa afirmación se puede representar como:

\[ H_0:\mu=500 \]

Luego se toma una muestra y se analiza si la media muestral observada está suficientemente lejos de \(500\), considerando la variabilidad muestral.

Distancia estandarizada

Para evaluar qué tan lejos está la media muestral del valor planteado en \(H_0\), usamos la distancia estandarizada:

\[ Z_{\text{obs}}=\frac{\bar{x}-\mu_0}{EE} \]

donde:

  • \(\bar{x}\) es la media muestral.
  • \(\mu_0\) es el valor planteado en la hipótesis nula.
  • \(EE\) es el error estándar.

El error estándar se calcula como:

\[ EE=\frac{s}{\sqrt{n}} \]

Criterio escolar aproximado

En esta versión escolar, usaremos el siguiente criterio aproximado:

Hipótesis alternativa Criterio aproximado para rechazar \(H_0\)
\(H_1:\mu\ne\mu_0\) Rechazar \(H_0\) si \(|Z_{\text{obs}}|\ge 2\).
\(H_1:\mu>\mu_0\) Rechazar \(H_0\) si \(Z_{\text{obs}}\ge 2\).
\(H_1:\mu<\mu_0\) Rechazar \(H_0\) si \(Z_{\text{obs}}\le -2\).

Este criterio permite decidir si la media muestral está suficientemente lejos del valor planteado en \(H_0\).

Atención

Rechazar \(H_0\) no significa demostrar con certeza absoluta que \(H_0\) sea falsa.

No rechazar \(H_0\) tampoco significa demostrar que \(H_0\) sea verdadera.

La conclusión siempre debe hablar de evidencia suficiente o insuficiente, según la muestra y el criterio utilizado.

Ejemplo 1: no hay evidencia suficiente para rechazar \(H_0\)

Una fábrica declara que la masa promedio real de sus envases es \(500\) g.

Se quiere evaluar si la media real es distinta de \(500\) g.

Las hipótesis son:

\[ H_0:\mu=500 \]

\[ H_1:\mu\ne 500 \]

Una muestra aleatoria de \(36\) envases entrega:

\[ \bar{x}=497,\qquad s=12 \]

Calculamos el error estándar:

\[ EE=\frac{s}{\sqrt{n}}=\frac{12}{\sqrt{36}}=\frac{12}{6}=2 \]

Calculamos la distancia estandarizada:

\[ Z_{\text{obs}}=\frac{497-500}{2}=\frac{-3}{2}=-1{,}5 \]

Como la hipótesis alternativa es \(\mu\ne 500\), usamos \(|Z_{\text{obs}}|\):

\[ |Z_{\text{obs}}|=|-1{,}5|=1{,}5 \]

Como \(1{,}5<2\), no se rechaza \(H_0\).

Conclusión cuidadosa:

“Con este criterio aproximado, la muestra no entrega evidencia suficiente para rechazar que la masa promedio real sea \(500\) g”.

Ejemplo 2: evidencia suficiente para rechazar \(H_0\)

Un colegio afirma que la media real de puntaje en una prueba es \(50\) puntos.

Un equipo quiere evaluar si la media real es mayor que \(50\).

Las hipótesis son:

\[ H_0:\mu=50 \]

\[ H_1:\mu>50 \]

Una muestra aleatoria de \(25\) estudiantes entrega:

\[ \bar{x}=55,\qquad s=10 \]

Calculamos el error estándar:

\[ EE=\frac{10}{\sqrt{25}}=\frac{10}{5}=2 \]

Calculamos la distancia estandarizada:

\[ Z_{\text{obs}}=\frac{55-50}{2}=\frac{5}{2}=2{,}5 \]

Como la hipótesis alternativa es \(\mu>50\), rechazamos \(H_0\) si \(Z_{\text{obs}}\ge 2\).

Como \(2{,}5\ge 2\), se rechaza \(H_0\).

Conclusión cuidadosa:

“Con este criterio aproximado, la muestra entrega evidencia suficiente para rechazar \(H_0\) y apoyar que la media poblacional es mayor que \(50\) puntos”.

Ejemplo 3: interpretar correctamente la decisión

Supongamos que en una prueba se decide no rechazar \(H_0:\mu=100\).

Una interpretación incorrecta sería:

“Se demostró que \(\mu=100\)”.

Una interpretación correcta sería:

“Con la muestra disponible y el criterio utilizado, no hay evidencia suficiente para rechazar que \(\mu=100\)”.

La diferencia es importante: una prueba de hipótesis no demuestra verdades absolutas, sino que permite tomar decisiones razonables con evidencia.

Pasos para una prueba de hipótesis para una media

  1. Formular \(H_0\) y \(H_1\).
  2. Identificar \(\bar{x}\), \(s\), \(n\) y \(\mu_0\).
  3. Calcular el error estándar \(EE=\frac{s}{\sqrt{n}}\).
  4. Calcular \(Z_{\text{obs}}=\frac{\bar{x}-\mu_0}{EE}\).
  5. Comparar con el criterio correspondiente.
  6. Escribir una conclusión cuidadosa en contexto.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: identificar elementos de la prueba

Una empresa afirma que el tiempo promedio real de atención es \(12\) minutos.

Se quiere evaluar si el tiempo promedio real es distinto de \(12\) minutos.

Una muestra entrega:

\[ \bar{x}=13{,}1,\qquad s=4,\qquad n=64 \]

  1. Formula \(H_0\).
  2. Formula \(H_1\).
  3. Identifica \(\mu_0\), \(\bar{x}\), \(s\) y \(n\).

Ejercicio 2: calcular error estándar y distancia estandarizada

Una muestra aleatoria entrega:

\[ \bar{x}=82,\qquad s=15,\qquad n=25 \]

Se quiere evaluar la hipótesis:

\[ H_0:\mu=80 \]

  1. Calcula el error estándar.
  2. Calcula \(Z_{\text{obs}}\).

Ejercicio 3: prueba con alternativa distinta

Una fábrica declara que la masa promedio real de sus productos es \(200\) g.

Se quiere evaluar si la media real es distinta de \(200\) g.

Una muestra de \(36\) productos entrega:

\[ \bar{x}=196,\qquad s=12 \]

  1. Formula \(H_0\) y \(H_1\).
  2. Calcula el error estándar.
  3. Calcula \(Z_{\text{obs}}\).
  4. Decide si se rechaza \(H_0\) usando el criterio aproximado \(|Z_{\text{obs}}|\ge 2\).
  5. Escribe una conclusión cuidadosa.

Ejercicio 4: prueba con alternativa mayor

Una aplicación afirma que el tiempo promedio real para completar una actividad es \(20\) minutos.

Un equipo sospecha que el tiempo promedio real es mayor que \(20\) minutos.

Una muestra de \(49\) usuarios entrega:

\[ \bar{x}=23,\qquad s=10{,}5 \]

  1. Formula \(H_0\) y \(H_1\).
  2. Calcula el error estándar.
  3. Calcula \(Z_{\text{obs}}\).
  4. Decide si se rechaza \(H_0\) usando el criterio \(Z_{\text{obs}}\ge 2\).
  5. Escribe una conclusión en contexto.

Ejercicio 5: prueba con alternativa menor

Un colegio afirma que sus estudiantes duermen en promedio \(7\) horas diarias.

Una orientadora sospecha que la media real es menor que \(7\) horas.

Una muestra de \(64\) estudiantes entrega:

\[ \bar{x}=6{,}6,\qquad s=1{,}6 \]

  1. Formula \(H_0\) y \(H_1\).
  2. Calcula el error estándar.
  3. Calcula \(Z_{\text{obs}}\).
  4. Decide si se rechaza \(H_0\) usando el criterio \(Z_{\text{obs}}\le -2\).
  5. Escribe una conclusión cuidadosa.

Ejercicio 6: no rechazar no es demostrar

En una prueba de hipótesis se obtuvo \(Z_{\text{obs}}=1{,}2\) para evaluar:

\[ H_0:\mu=40 \]

\[ H_1:\mu\ne 40 \]

Un estudiante afirma:

“Como no se rechaza \(H_0\), queda demostrado que \(\mu=40\)”.

Explica el error.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una empresa declara que el tiempo promedio real de espera de sus clientes es \(10\) minutos.

Un grupo de usuarios sospecha que el tiempo promedio real es mayor que \(10\) minutos.

Una muestra aleatoria de \(81\) clientes entrega:

\[ \bar{x}=11,\qquad s=4{,}5 \]

  1. Formula \(H_0\) y \(H_1\).
  2. Calcula el error estándar.
  3. Calcula \(Z_{\text{obs}}\).
  4. Decide si se rechaza \(H_0\) usando el criterio correspondiente.
  5. Escribe una conclusión cuidadosa en contexto.
  6. Explica por qué la conclusión no es una certeza absoluta.

15. Valor p: interpretación conceptual

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender el valor p como una medida de qué tan compatible es la evidencia muestral con la hipótesis nula.
  • Comparar el valor p con el nivel de significancia \(\alpha\) para tomar una decisión estadística.
  • Interpretar correctamente el valor p sin confundirlo con la probabilidad de que \(H_0\) sea verdadera.

¿Qué es el valor p?

El valor p es una medida que ayuda a decidir si la evidencia muestral es suficientemente fuerte contra la hipótesis nula \(H_0\).

De manera conceptual, el valor p indica qué tan raro sería obtener un resultado como el observado, o más extremo, si la hipótesis nula fuera cierta.

Un valor p pequeño indica que el resultado observado sería poco compatible con \(H_0\). Por eso, entrega evidencia contra la hipótesis nula.

Regla de decisión con valor p

Para tomar una decisión, se compara el valor p con el nivel de significancia \(\alpha\):

Comparación Decisión Interpretación
\(p\text{-valor}\le \alpha\) Rechazar \(H_0\) La evidencia muestral es suficientemente fuerte contra \(H_0\).
\(p\text{-valor}>\alpha\) No rechazar \(H_0\) La evidencia muestral no es suficientemente fuerte para rechazar \(H_0\).

Error frecuente

No se debe decir que el valor p es la probabilidad de que \(H_0\) sea verdadera.

El valor p se calcula suponiendo que \(H_0\) es cierta y mide qué tan extremo resulta el dato observado bajo esa suposición.

Por eso, un valor p pequeño no demuestra con certeza absoluta que \(H_0\) sea falsa; indica evidencia estadística contra ella.

Ejemplo 1: interpretar un valor p pequeño

Una empresa declara que el tiempo promedio real de espera es \(10\) minutos.

Se plantea:

\[ H_0:\mu=10 \]

\[ H_1:\mu>10 \]

Luego de analizar una muestra, se obtiene:

\[ p\text{-valor}=0{,}03 \]

Si se usa un nivel de significancia de:

\[ \alpha=0{,}05 \]

comparamos:

\[ 0{,}03\le 0{,}05 \]

Como el valor p es menor que \(\alpha\), se rechaza \(H_0\).

Conclusión cuidadosa:

“Con un nivel de significancia del \(5\%\), la muestra entrega evidencia suficiente para rechazar \(H_0\) y apoyar que el tiempo promedio real de espera es mayor que \(10\) minutos”.

Ejemplo 2: interpretar un valor p grande

Un colegio afirma que la media real de puntaje en una prueba es \(60\) puntos.

Se plantea:

\[ H_0:\mu=60 \]

\[ H_1:\mu\ne 60 \]

Después de analizar una muestra, se obtiene:

\[ p\text{-valor}=0{,}18 \]

Si se usa:

\[ \alpha=0{,}05 \]

comparamos:

\[ 0{,}18>0{,}05 \]

Como el valor p es mayor que \(\alpha\), no se rechaza \(H_0\).

Conclusión cuidadosa:

“Con un nivel de significancia del \(5\%\), la muestra no entrega evidencia suficiente para rechazar que la media poblacional sea \(60\) puntos”.

No se debe decir que quedó demostrado que \(\mu=60\).

Ejemplo 3: valor p y zona extrema

En una prueba con hipótesis alternativa:

\[ H_1:\mu>\mu_0 \]

un resultado muy alto de \(Z_{\text{obs}}\) puede considerarse extremo, porque apunta hacia valores mayores que el planteado en \(H_0\).

El siguiente gráfico representa una zona de cola derecha, asociada a resultados extremos en una prueba con alternativa “mayor que”.

Mientras más pequeña sea esta zona, menor será el valor p.

Un valor p pequeño indica que el resultado observado sería poco frecuente si \(H_0\) fuera cierta.

Idea clave

El valor p ayuda a decidir si la evidencia muestral es suficientemente fuerte para rechazar \(H_0\).

Si \(p\text{-valor}\le \alpha\), se rechaza \(H_0\).

Si \(p\text{-valor}>\alpha\), no se rechaza \(H_0\).

La conclusión siempre debe hablar de evidencia, no de certeza absoluta.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: comparar valor p y significancia

En una prueba de hipótesis se obtiene:

\[ p\text{-valor}=0{,}04 \]

Se usa un nivel de significancia:

\[ \alpha=0{,}05 \]

¿Se rechaza o no se rechaza \(H_0\)? Justifica.

Ejercicio 2: no rechazar con valor p grande

En una prueba de hipótesis se obtiene:

\[ p\text{-valor}=0{,}12 \]

Se usa:

\[ \alpha=0{,}05 \]

¿Qué decisión se toma? Explica su significado.

Ejercicio 3: decidir con otro nivel de significancia

Una prueba entrega:

\[ p\text{-valor}=0{,}03 \]

  1. Decide si se rechaza \(H_0\) usando \(\alpha=0{,}05\).
  2. Decide si se rechaza \(H_0\) usando \(\alpha=0{,}01\).
  3. Explica por qué la decisión puede cambiar.

Ejercicio 4: detectar una mala interpretación

Un estudiante afirma:

“Si el valor p es \(0{,}02\), entonces hay \(2\%\) de probabilidad de que \(H_0\) sea verdadera”.

Explica por qué esta interpretación es incorrecta.

Ejercicio 5: conclusión al rechazar \(H_0\)

Se plantea:

\[ H_0:\mu=20 \]

\[ H_1:\mu>20 \]

Una prueba entrega:

\[ p\text{-valor}=0{,}018 \]

Con \(\alpha=0{,}05\), escribe una conclusión cuidadosa.

Ejercicio 6: conclusión al no rechazar \(H_0\)

Se plantea:

\[ H_0:p=0{,}60 \]

\[ H_1:p\ne 0{,}60 \]

Una prueba entrega:

\[ p\text{-valor}=0{,}27 \]

Con \(\alpha=0{,}05\), escribe una conclusión cuidadosa.

Ejercicio 7: caso desafiante

Una empresa declara que el tiempo promedio real de espera de sus clientes es \(10\) minutos.

Un grupo quiere evaluar si el tiempo promedio real es mayor que \(10\) minutos.

Se obtiene:

\[ p\text{-valor}=0{,}041 \]

  1. Formula \(H_0\) y \(H_1\).
  2. Decide si se rechaza \(H_0\) usando \(\alpha=0{,}05\).
  3. Decide si se rechaza \(H_0\) usando \(\alpha=0{,}01\).
  4. Explica qué muestra este caso sobre el nivel de significancia.
  5. Escribe una conclusión cuidadosa para \(\alpha=0{,}05\).

16. Taller: concluir con evidencia, no con certeza absoluta

Objetivo de aprendizaje

  • Redactar conclusiones estadísticas cuidadosas usando intervalos de confianza y pruebas de hipótesis.
  • Distinguir entre evidencia suficiente, evidencia insuficiente y certeza absoluta.
  • Evaluar si una conclusión respeta el alcance de la muestra, el método usado y el contexto del problema.

Propósito del taller

En inferencia estadística, las conclusiones se basan en datos muestrales.

Por eso, una conclusión correcta no debe presentarse como una verdad absoluta, sino como una decisión o interpretación basada en evidencia.

En este taller se integran estimaciones puntuales, intervalos de confianza, hipótesis, nivel de significancia y valor p.

Lenguaje cuidadoso para concluir

Situación Conclusión cuidadosa Evitar decir
Intervalo de confianza “Valores entre \(L\) y \(U\) son razonables para el parámetro poblacional, según la muestra y el método utilizado”. “El parámetro está con certeza dentro del intervalo”.
Se rechaza \(H_0\) “La muestra entrega evidencia suficiente para rechazar \(H_0\)”. “Se demostró que \(H_0\) es falsa”.
No se rechaza \(H_0\) “La muestra no entrega evidencia suficiente para rechazar \(H_0\)”. “Se demostró que \(H_0\) es verdadera”.

Error frecuente

La inferencia estadística permite tomar decisiones razonables con evidencia, pero no demuestra verdades absolutas.

Una muestra puede apoyar una conclusión, cuestionar una hipótesis o entregar un intervalo de valores razonables, pero siempre existe incertidumbre asociada al proceso muestral.

Ejemplo 1: conclusión a partir de un intervalo

Una municipalidad estima el promedio de minutos diarios de actividad física de sus habitantes.

El intervalo de confianza obtenido es:

\[ [36,\ 48] \]

Una conclusión cuidadosa sería:

“Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(36\) y \(48\) minutos son razonables para la media poblacional de minutos diarios de actividad física”.

No sería correcto decir:

“Todos los habitantes realizan entre \(36\) y \(48\) minutos de actividad física”.

El intervalo se refiere a la media poblacional, no a cada individuo.

Ejemplo 2: conclusión al rechazar una hipótesis

Una empresa declara que el tiempo promedio real de espera de sus clientes es \(10\) minutos.

Se plantea:

\[ H_0:\mu=10 \]

\[ H_1:\mu>10 \]

Una prueba entrega:

\[ p\text{-valor}=0{,}03 \]

Con nivel de significancia:

\[ \alpha=0{,}05 \]

Como:

\[ 0{,}03\le 0{,}05 \]

se rechaza \(H_0\).

Conclusión cuidadosa:

“Con un nivel de significancia del \(5\%\), la muestra entrega evidencia suficiente para rechazar \(H_0\) y apoyar que el tiempo promedio real de espera es mayor que \(10\) minutos”.

Esta conclusión no demuestra con certeza absoluta que \(\mu>10\), pero sí indica evidencia estadística a favor de esa afirmación.

Ejemplo 3: conclusión al no rechazar una hipótesis

Un colegio afirma que la media real de puntaje en una prueba es \(60\) puntos.

Se plantea:

\[ H_0:\mu=60 \]

\[ H_1:\mu\ne 60 \]

Una prueba entrega:

\[ p\text{-valor}=0{,}18 \]

Con nivel de significancia:

\[ \alpha=0{,}05 \]

Como:

\[ 0{,}18>0{,}05 \]

no se rechaza \(H_0\).

Conclusión cuidadosa:

“Con un nivel de significancia del \(5\%\), la muestra no entrega evidencia suficiente para rechazar que la media poblacional sea \(60\) puntos”.

No sería correcto decir que quedó demostrado que \(\mu=60\).

Idea clave

Una buena conclusión inferencial debe mencionar el contexto, la evidencia usada y el alcance de la decisión.

La frase central de este libro es:

“La inferencia estadística permite concluir con evidencia, no con certeza absoluta”.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: reconocer una conclusión cuidadosa

Un intervalo de confianza para la media de horas de sueño es:

\[ [6{,}6,\ 7{,}4] \]

Indica cuál conclusión es más adecuada:

  1. “Todos los estudiantes duermen entre \(6{,}6\) y \(7{,}4\) horas”.
  2. “Según la muestra y el método utilizado, valores entre \(6{,}6\) y \(7{,}4\) horas son razonables para la media poblacional de horas de sueño”.
  3. “La media real es exactamente \(7\) horas”.

Ejercicio 2: redactar una conclusión desde un intervalo

Una encuesta estima la proporción de hogares de una comuna que separan residuos reciclables.

El intervalo de confianza obtenido es:

\[ [0{,}58,\ 0{,}70] \]

  1. Exprésalo como porcentaje.
  2. Redacta una conclusión cuidadosa en contexto.

Ejercicio 3: decisión con valor p

En una prueba de hipótesis se obtiene:

\[ p\text{-valor}=0{,}042 \]

Se usa:

\[ \alpha=0{,}05 \]

  1. Decide si se rechaza o no se rechaza \(H_0\).
  2. Explica la decisión.

Ejercicio 4: conclusión al rechazar \(H_0\)

Una empresa afirma que el tiempo promedio real de espera es \(10\) minutos.

Se plantea:

\[ H_0:\mu=10 \]

\[ H_1:\mu>10 \]

Con \(\alpha=0{,}05\), se obtiene \(p\text{-valor}=0{,}018\).

Escribe una conclusión cuidadosa en contexto.

Ejercicio 5: conclusión al no rechazar \(H_0\)

Un colegio afirma que la media real de puntaje en una prueba es \(60\) puntos.

Se plantea:

\[ H_0:\mu=60 \]

\[ H_1:\mu\ne 60 \]

Con \(\alpha=0{,}05\), se obtiene \(p\text{-valor}=0{,}22\).

Escribe una conclusión cuidadosa en contexto.

Ejercicio 6: corregir una conclusión incorrecta

En una prueba de hipótesis se decide no rechazar \(H_0:\mu=50\).

Un informe concluye:

“Se demostró que la media poblacional es exactamente \(50\)”.

Explica el error y reescribe la conclusión correctamente.

Ejercicio 7: integrar intervalo y decisión

Una empresa declara que la masa promedio real de sus envases es \(500\) g.

Una muestra permite construir el intervalo de confianza aproximado:

\[ [496,\ 504] \]

  1. ¿El valor \(500\) está dentro del intervalo?
  2. ¿Sería razonable rechazar inmediatamente la afirmación de la empresa solo con este intervalo?
  3. Redacta una conclusión cuidadosa.

Ejercicio 8: caso desafiante

Una municipalidad afirma que el promedio real de minutos diarios de actividad física de sus habitantes es \(45\) minutos.

Un equipo sospecha que el promedio real es menor que \(45\) minutos.

Se plantea:

\[ H_0:\mu=45 \]

\[ H_1:\mu<45 \]

Una muestra aleatoria entrega:

\[ \bar{x}=42,\qquad s=12,\qquad n=64 \]

  1. Calcula el error estándar.
  2. Calcula \(Z_{\text{obs}}\).
  3. Usando el criterio escolar \(Z_{\text{obs}}\le -2\), decide si se rechaza \(H_0\).
  4. Escribe una conclusión cuidadosa en contexto.
  5. Explica por qué la conclusión no es una certeza absoluta.

Cierre del libro

La inferencia estadística permite usar muestras para estimar parámetros y tomar decisiones sobre poblaciones.

Los intervalos de confianza entregan rangos de valores razonables para un parámetro.

Las pruebas de hipótesis permiten evaluar si una muestra entrega evidencia suficiente contra una afirmación inicial.

En ambos casos, la conclusión debe ser cuidadosa: se concluye con evidencia, no con certeza absoluta.