Apuntes Matemáticas ERR
Tema 9 · 4.º ESO

Estadística unidimensional y bidimensional

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9.1 El estudio estadístico

De una pregunta a una conclusión

Un estudio comienza con una pregunta concreta, identifica población y variable, elige cómo recoger datos, los organiza, los representa y analiza, y concluye indicando limitaciones. La población es el conjunto de interés; cada elemento es un individuo y una muestra es el subconjunto observado. Describir una muestra no garantiza que represente a toda la población.

Variables y selección

Las cualitativas nominales son categorías sin orden; las ordinales tienen orden. Las cuantitativas discretas cuentan valores aislados y las continuas miden magnitudes que pueden variar en intervalos. Un código numérico no convierte una categoría en cantidad.

Una muestra grande puede estar sesgada si se selecciona solo a quienes están disponibles o responden voluntariamente. Define a quién excluye la recogida, evita preguntas que sugieran la respuesta y registra las unidades. En investigaciones escolares se pueden usar datos anónimos o conjuntos didácticos; no hacen falta nombres.

9.2 Tablas de frecuencias

Frecuencias y comprobación

La frecuencia absoluta fif_i cuenta observaciones, hi=fi/Nh_i=f_i/N es la relativa y 100hi100h_i el porcentaje. En variables ordenables, FiF_i y HiH_i acumulan las frecuencias hasta ese valor. Se verifica ∑fi=N\sum f_i=N, ∑hi=1\sum h_i=1. No se acumulan categorías nominales arbitrariamente ordenadas.

xix_i fif_i hih_i FiF_i HiH_i
0 2 0,2 2 0,2
1 4 0,4 6 0,6
2 3 0,3 9 0,9
3 1 0,1 10 1

Intervalos y marcas de clase

Todos los intervalos se escriben [L,U)[L,U): incluyen LL y excluyen UU. Un dato situado en una frontera interior pertenece al intervalo que comienza allí. Si un valor coincide con el extremo final, se amplía la cobertura añadiendo otra clase; no se cierra por la derecha la última clase. La amplitud es U−LU-L y la marca de clase su punto medio c=(L+U)/2c=(L+U)/2. Para [0,10)[0,10), [10,20)[10,20) y [20,30)[20,30), las marcas son 5,15,255,15,25. Las frecuencias 3,5,23,5,2 suman diez y las acumuladas son 3,8,103,8,10. Las marcas permiten aproximar parámetros; no revelan los datos exactos de cada clase.

9.3 Representaciones gráficas

Barras, sectores e histogramas

Las barras separadas representan categorías o valores discretos. En sectores, cada ángulo es 360∘hi360^\circ h_i. Para variables continuas se usan histogramas con rectángulos contiguos; con amplitudes diferentes, la altura correcta es fi/(Ui−Li)f_i/(U_i-L_i) para que el área represente frecuencia. Con amplitudes iguales puede usarse directamente frecuencia como altura, indicando el eje. El polígono une puntos situados sobre las marcas de clase.

Pictogramas: símbolos con escala constante

Cada icono debe tener un valor indicado y conservar el mismo tamaño. Si una persona dibujada equivale a dos observaciones, media figura equivale a una. No amplíes a la vez alto y ancho para representar el doble: el área se multiplicaría por cuatro. El gráfico incluido representa ocho preferencias por lectura, siete por deporte y cinco por música; son datos didácticos.

Esquema del apartado 9.3

Una figura completa representa 2 personas; media figura, 1 persona.

Mapas por comunidades autónomas

El mapa incluido representa un porcentaje ficticio de participación en un proyecto escolar por comunidad. No son resultados reales ni datos del INE. Los límites geográficos proceden de una base cartográfica identificada; los valores y colores están en la tabla adjunta. Las ciudades de Ceuta y Melilla se distinguen de las diecisiete comunidades. Canarias se muestra en un recuadro desplazado, con escala propia.

Mapa de España por comunidades autónomas
Código Territorio Participación (%)
01 Andalucía 32
02 Aragón 39
03 Asturias 46
04 Baleares 53
05 Canarias 60
06 Cantabria 67
07 Castilla y León 74
08 Castilla-La Mancha 81
09 Cataluña 27
10 Comunitat Valenciana 34
11 Extremadura 41
12 Galicia 48
13 Madrid 55
14 Murcia 62
15 Navarra 69
16 País Vasco 76
17 La Rioja 83
18 Ceuta 29
19 Melilla 36

Un mapa de recuentos puede reflejar el tamaño de la población. Para comparar participación, utiliza porcentaje de la población de referencia; para una tasa, identifica claramente el denominador. El color de una comunidad resume un agregado, no describe a cada habitante.

Lectura crítica

Comprueba título, fuente, fecha o carácter ficticio, unidades, ejes y leyenda. Escalas truncadas e iconos de tamaños distintos pueden exagerar diferencias. Elige el gráfico por la pregunta, no solo por su aspecto.

Esquema del apartado 9.3
Esquema del apartado 9.3

Barras y sectores del mismo conjunto: 8+7+5=208+7+5=20.

Esquema del apartado 9.3

Clases de amplitudes distintas: área == frecuencia; alturas 10/5=210/5=2 y 10/10=110/10=1.

9.4 Medidas de centralización

Media, mediana y moda

La media aritmética es x‾=∑xj/N\bar x=\sum x_j/N; con tabla, x‾=∑fixi/N\bar x=\sum f_ix_i/N. Usar frecuencias es resumir datos repetidos, no un bloque de ponderación por porcentajes o calificaciones. La mediana se obtiene ordenando: dato central si NN es impar y promedio de los dos centrales si es par. La moda es el valor o valores de mayor frecuencia; en una cualitativa nominal puede hallarse moda, pero no una media numérica de sus etiquetas.

Aproximaciones con clases

Sustituye las observaciones de cada intervalo por su marca y usa la frecuencia: para marcas 5,15,255,15,25 y frecuencias 3,5,23,5,2, x‾≈14\bar x\approx14. Con clases de igual amplitud, el intervalo modal es el de frecuencia máxima; tomamos su marca como moda aproximada. En el ejemplo, [10,20)[10,20) y moda aproximada 1515. Para evitar ambigüedades, las actividades de moda agrupada usan amplitudes iguales. Los histogramas de amplitud desigual se reservan para lectura de densidades. No se interpolan valores dentro de un intervalo.

9.5 Medidas de posición y diagramas de caja

Convenciones explícitas

Q1=P25Q_1=P_{25}, Q2=P50Q_2=P_{50}, Q3=P75Q_3=P_{75}. Para datos individuales ordenados y 0<k<1000<k<100, calcula r=kN/100r=kN/100: si no es entero, elige el dato de posición ⌈r⌉\lceil r\rceil; si es entero, promedia los datos de posiciones rr y r+1r+1. Es una convención declarada; otras herramientas pueden dar resultados distintos. En datos agrupados, busca la primera clase cuya acumulada cumpla Fi≥kN/100F_i\ge kN/100 y toma su marca como percentil aproximado. Si coincide exactamente con una acumulada, conservamos esa primera clase: no saltamos a la siguiente ni promediamos marcas. Esta convención agrupada se aplica también a la mediana P50P_{50}. El intervalo percentílico no es necesariamente el modal.

Cajas y posibles valores atípicos

El rango intercuartílico es RIC=Q3−Q1RIC=Q_3-Q_1. La caja va de Q1Q_1 a Q3Q_3 y contiene la línea de mediana. En el diagrama modificado, los bigotes llegan a los datos extremos dentro de [Q1−1,5RIC,Q3+1,5RIC][Q_1-1{,}5RIC,Q_3+1{,}5RIC]; los exteriores se marcan como posibles atípicos, no se eliminan sin justificación.

Esquema del apartado 9.5

9.6 Medidas de dispersión

Describir la variabilidad

Rango: máximo menos mínimo. Varianza descriptiva σ2=∑fi(xi−x‾)2/N\sigma^2=\sum f_i(x_i-\bar x)^2/N y desviación típica σ=σ2\sigma=\sqrt{\sigma^2}. La varianza tiene unidades al cuadrado; la desviación, las mismas que los datos. Para clases, sustituir xix_i por marcas y señalar que es aproximado.

Seleccionar la salida de la calculadora

Para describir este conjunto usamos divisor NN: salida σx\sigma_x o equivalente descriptiva. La salida sxs_x usa corrección con N−1N-1 y no es intercambiable. Una discrepancia requiere revisar frecuencias y opción seleccionada antes de atribuirla a redondeo.

Comparar con sentido

Para medias positivas de magnitudes donde tenga sentido comparar razones, CV=σ/x‾CV=\sigma/\bar x o 100σ/x‾%100\sigma/\bar x\%. Con media cero no está definido y con escalas sin cero absoluto o medias negativas puede ser inadecuado. Interpretar media y dispersión conjuntamente; no se desarrolla distribución normal.

9.7 Distribuciones bidimensionales

Pares, tablas y marginales

Cada individuo aporta un par (x,y)(x,y); no se pueden reordenar por separado las columnas porque se perdería el emparejamiento. Una tabla de doble entrada cuenta coincidencias y las marginales suman filas o columnas. En una nube de puntos se conserva cada pareja, incluidas sus repeticiones si las hay.

Centro de gravedad y tipo de relación

El centro es (x‾,y‾)(\bar x,\bar y). Una relación funcional asigna una única salida a cada entrada; una asociación estadística puede presentar dispersión para la misma entrada. Una nube sugiere relación positiva, negativa, no lineal o poca relación visible; no prueba causalidad.

Esquema del apartado 9.7

El trabajo manual se centra en introducir y comprobar cuatro parejas y leer el gráfico. Los cálculos repetitivos de productos y cuadrados se realizan con calculadora.

9.8 Covarianza y coeficiente de Pearson

Resultados de calculadora e interpretación

La covarianza descriptiva es σxy=∑(xi−x‾)(yi−y‾)/N\sigma_{xy}=\sum(x_i-\bar x)(y_i-\bar y)/N. También ∑xiyi/N−x‾y‾\sum x_iy_i/N-\bar x\bar y. Su signo informa del sentido de la asociación lineal; su magnitud depende de las unidades. No se pide completar tablas largas a mano. Pearson es r=σxy/(σxσy)r=\sigma_{xy}/(\sigma_x\sigma_y) si ambas desviaciones son positivas, y cumple −1≤r≤1-1\le r\le1. rr positivo indica asociación ascendente; negativo, descendente. El módulo próximo a uno indica fuerte ajuste lineal. Próximo a cero indica débil asociación lineal, no necesariamente ausencia de cualquier relación.

Excepciones y causalidad

Si una columna es constante, su desviación es cero y Pearson no está definido. r=−0,95r=-0{,}95 indica mayor intensidad lineal que r=0,6r=0{,}6: el signo no mide fiabilidad. Una correlación alta puede deberse a factores comunes; no demuestra que modificar una variable cause el cambio de la otra.

9.9 Recta de regresión y predicciones

Obtener la recta con CASIO

Elegimos regresión lineal y=a+bxy=a+bx: aa es término independiente, bb pendiente. La calculadora produce ambos a partir de parejas. Si una herramienta usa y=mx+ny=mx+n, identifica el papel de cada letra: no copies el orden sin leer el modelo. Para comprobar, b=σxy/σx2b=\sigma_{xy}/\sigma_x^2 y a=y‾−bx‾a=\bar y-b\bar x; la recta pasa por (x‾,y‾)(\bar x,\bar y). Estas fórmulas explican el resultado y permiten una comprobación breve; no se exige el desarrollo manual completo.

Fiabilidad orientativa según Pearson

Cuanto más próximo esté |r||r| a uno, mejor ajuste lineal y mayor confianza orientativa en el modelo, consideradas condiciones comparables. El signo indica dirección. No fijamos fronteras universales entre correlación fuerte y débil; una asociación alta no garantiza cada predicción ni prueba causalidad. Aquí no se desarrollan los apartados de interpolación y extrapolación.

9.11 Problemas integrados y pequeño estudio estadístico

Una investigación pequeña y defendible

En parejas, elegid una pregunta con variable no sensible, definid población y recoged u organizad una muestra anónima. Entregad tabla, representación adecuada, medidas pertinentes y conclusión con una limitación. Cada integrante explicará una decisión y comprobará un cálculo con CASIO.

Pictograma o mapa como producto

Podéis reutilizar los datos ficticios incluidos o sustituirlos por una fuente pública identificada con fecha y unidades. Conservad tabla y gráfico coherentes; no presentéis los porcentajes ficticios del mapa como estadísticas reales. Justificad por qué elegís tasa o recuento y qué no permite concluir un dato autonómico.

Comunicar con prudencia

No generalicéis a la población por el mero tamaño muestral ni convirtáis una correlación en causalidad. Distinguid dato, cálculo, interpretación y decisión. Los ejercicios cerrados tienen solución; la investigación abierta se valora por evidencias y justificación.

Uso de la calculadora

Una variable y frecuencias

En fx-991SP CW: HOME, Estadística y una variable; en fx-570SP X II: MENU, Estadística y una variable. Activa la columna de frecuencia cuando introduzcas una tabla. Escribe valores o marcas en xx y frecuencias en la columna correspondiente; verifica NN antes de leer media y desviación descriptiva. No introduzcas cada marca una sola vez si sus frecuencias son distintas.

Dos variables y regresión lineal

Elige el modelo lineal y=a+bxy=a+bx e introduce cada par en su fila. En CW, utiliza las opciones de resultados o cálculo de regresión; en X II, las opciones de estadística y regresión. Localiza a,b,ra,b,r; para la covarianza usa rσxσyr\sigma_x\sigma_y con desviaciones descriptivas. Conserva las cifras internas hasta el resultado final. Si aparece error, revisa columnas constantes y datos mal emparejados.

Explora con una hoja de cálculo

Una hoja con columnas de valores y frecuencias permite organizar sumas, porcentajes y gráficos; una tabla de comunidades debe enlazar el código o nombre correcto con su valor. Para un pictograma conserva escala de los símbolos; para un mapa, documenta límites geográficos, valores y leyenda. GeoGebra permite contrastar nube y recta; las diferencias de cuartiles se revisan según la convención declarada, no se corrigen a ciegas.

Práctica con comprobación

9.1 El estudio estadístico

U09-01

Se pregunta por hábitos de lectura solo a quienes están en la biblioteca. Identifica el posible sesgo.

U09-02

Clasifica deporte favorito, talla S/M/L, número de faltas y estatura.

U09-03

Se encuestan 8080 estudiantes de un centro de 600600. Distingue población, muestra e individuo.

9.2 Tablas de frecuencias

U09-04

En la tabla del capítulo, ¿cuántos datos son menores o iguales que 11 y qué porcentaje supera 11?

U09-05

Obtén marcas y amplitudes de [0,10)[0,10), [10,20)[10,20) y [20,30)[20,30). Asigna 1010 y 2020.

U09-06

¿Dónde colocarías un dato de valor 3030 si las clases terminan en [20,30)[20,30)?

9.3 Representaciones gráficas

U09-07

Una encuesta tiene frecuencias 8,7,58,7,5 sobre 2020. Calcula porcentajes y ángulos de sectores.

U09-08

En un pictograma con una figura igual a dos personas, ¿cómo representas siete?

U09-09

Clases [0,5)[0,5) y [5,15)[5,15) tienen diez datos cada una. Calcula alturas de densidad y áreas.

U09-10

Una comunidad registra 500500 participantes entre 10001000 personas y otra 800800 entre 40004000. Compara recuentos y porcentajes.

9.4 Medidas de centralización

U09-11

Calcula media, mediana y moda de 2,2,4,82,2,4,8.

U09-12

Para xi=0,1,2,3x_i=0,1,2,3 con fi=2,4,3,1f_i=2,4,3,1, halla media, mediana y moda.

U09-13

Con clases [0,10)[0,10), [10,20)[10,20), [20,30)[20,30) y frecuencias 3,5,23,5,2, estima media y moda.

9.5 Medidas de posición y diagramas de caja

U09-14

Para 1,2,3,4,5,6,7,301,2,3,4,5,6,7,30, calcula cuartiles, RIC y posibles atípicos.

U09-15

En las clases con marcas 5,15,255,15,25 y frecuencias 3,5,23,5,2, calcula P30P_{30}, P50P_{50} y P90P_{90} según nuestra convención.

U09-16

Dos grupos tienen la misma mediana, pero RIC 22 y 88. ¿Qué indica y qué no permite asegurar?

9.6 Medidas de dispersión

U09-17

Comprueba con calculadora media, varianza y desviación de 0,0,1,1,1,1,2,2,2,30,0,1,1,1,1,2,2,2,3.

U09-18

Con marcas 5,15,255,15,25 y frecuencias 3,5,23,5,2, calcula dispersión aproximada y CV.

U09-19

Dos grupos tienen medias 2020 y 5050 y desviaciones 44 y 55, en una magnitud de razón positiva. Compara dispersión absoluta y relativa.

9.7 Distribuciones bidimensionales

U09-20

Introduce (1,2),(2,3),(3,5),(4,4)(1,2),(2,3),(3,5),(4,4) en CASIO. Obtén tamaño y centro de gravedad.

U09-21

¿Es válido ordenar la columna yy sin reordenar simultáneamente sus parejas de xx?

U09-22

Una tabla tiene filas (4,6)(4,6) y (3,7)(3,7). Calcula marginales de filas, columnas y total.

9.8 Covarianza y coeficiente de Pearson

U09-23

Obtén con CASIO Pearson y covarianza para (1,2),(2,3),(3,5),(4,4)(1,2),(2,3),(3,5),(4,4).

U09-24

Compara r=−0,95r=-0{,}95, r=0,6r=0{,}6 y r=0,1r=0{,}1 en intensidad y sentido.

U09-25

En (1,1),(0,0),(−1,1)(1,1),(0,0),(-1,1), Pearson es cero. ¿Implica ausencia de relación?

9.9 Recta de regresión y predicciones

U09-26

Con las cuatro parejas habituales, obtén recta y estima yy para x=3x=3. Comprueba el centro.

U09-27

La calculadora da y=9−2xy=9-2x, r=−1r=-1. Estima en x=2,5x=2{,}5 e interpreta el ajuste.

U09-28

Dos modelos comparables tienen r=0,2r=0{,}2 y r=−0,9r=-0{,}9. ¿Cuál tiene mayor ajuste lineal?

9.10 Calculadora y herramientas digitales

U09-29

Para marcas 5,15,255,15,25 con frecuencias 3,5,23,5,2, CASIO devuelve N=3N=3. ¿Qué debes revisar?

U09-30

Una calculadora muestra sxs_x y σx\sigma_x. ¿Cuál usamos para describir el conjunto de esta unidad?

Práctica global

U09-G01

Con valores 0,1,2,30,1,2,3 y frecuencias 2,4,3,12,4,3,1, obtén NN, media, mediana, moda y desviación descriptiva.

U09-G02

Con clases [0,10)[0,10), [10,20)[10,20), [20,30)[20,30) y frecuencias 3,5,23,5,2, estima media, moda, mediana, P30P_{30} y P90P_{90}.

U09-G03

Representa una caja modificada de 1,2,3,4,5,6,7,301,2,3,4,5,6,7,30.

U09-G04

Un pictograma tiene una figura por cuatro participantes y muestra tres figuras y media. ¿Cuántos representa? Explica cómo representar diez.

U09-G05

En el mapa didáctico, ¿por qué no se suman los porcentajes autonómicos para obtener el porcentaje de España?

U09-G06

Para (1,2),(2,3),(3,5),(4,4)(1,2),(2,3),(3,5),(4,4) obtén con calculadora centro, covarianza, Pearson y regresión.

U09-G07

Con (1,7),(2,5),(3,3)(1,7),(2,5),(3,3), obtén regresión y estima en x=2,5x=2{,}5.

U09-G08

Un grupo tiene media 4040 y desviación 66; otro media 6060 y desviación 66. Compara dispersión relativa cuando el CV sea adecuado.

Razonamiento matemático

9.11 Problemas integrados y pequeño estudio estadístico

U09-31

Un titular afirma que un programa causa mejora porque participación y resultados tienen r=0,85r=0{,}85. Señala qué conclusión es excesiva.

U09-32

¿Puede el color alto de una comunidad en el mapa demostrar que cada municipio tiene ese mismo porcentaje?

Formulario visual

Frecuencias y datos agrupados

N=∑fiN=\sum f_i, hi=fi/Nh_i=f_i/N, Fi=∑j≤ifjF_i=\sum_{j\le i}f_j. Intervalos siempre [Li,Ui)[L_i,U_i), con marca ci=(Li+Ui)/2c_i=(L_i+U_i)/2. En un histograma con amplitudes distintas, altura =fi/(Ui−Li)=f_i/(U_i-L_i) y área =fi=f_i.

Centralización y posición

x‾=∑fixi/N\bar x=\sum f_ix_i/N; agrupados, sustituir por marcas y expresar como aproximación. Moda agrupada: marca de la clase modal en las actividades con amplitudes iguales. No hay bloque de media ponderada. En datos individuales ordenados y percentil de rango r=kN/100r=kN/100: si rr no es entero se toma la posición superior; si es entero se promedian las posiciones rr y r+1r+1 (para 0<k<1000<k<100). En agrupados, primera clase con Fi≥kN/100F_i\ge kN/100 y su marca; una coincidencia queda en esa primera clase. Mediana agrupada: P50P_{50}. No se realiza ajuste dentro del intervalo.

Dispersión

σ2=∑fixi2/N−x‾2\sigma^2=\sum f_ix_i^2/N-\bar x^2, σ=σ2\sigma=\sqrt{\sigma^2}; CV=100σ/x‾CV=100\sigma/\bar x cuando la escala y una media positiva lo hagan adecuado. Usar desviación descriptiva, divisor NN, y distinguir de la corregida con N−1N-1. Rango =xmax−xmin=x_{\max}-x_{\min}; RIC=Q3−Q1RIC=Q_3-Q_1; posibles atípicos fuera de [Q1−1,5RIC,Q3+1,5RIC][Q_1-1{,}5RIC,Q_3+1{,}5RIC]. Bigotes en extremos observados no atípicos.

Dos variables: consulta de calculadora

Introducir parejas sin romper filas. Leer x‾,y‾,σx,σy,r,a,b\bar x,\bar y,\sigma_x,\sigma_y,r,a,b para modelo ŷ=a+bx\widehat y=a+bx. Covarianza descriptiva =rσxσy=r\sigma_x\sigma_y. Centro (x‾,y‾)(\bar x,\bar y). −1≤r≤1-1\le r\le1; signo: sentido, módulo: intensidad lineal orientativa. No definido si una variable es constante. Correlación no demuestra causalidad; un módulo elevado no garantiza predicciones.

Consultar esquemas del tema
Esquema del apartado 9.3
Esquema del apartado 9.3
Esquema del apartado 9.3
Esquema del apartado 9.3
Esquema del apartado 9.5
Esquema del apartado 9.7
Esquema del apartado 9.11

Autoevaluación de 20 preguntas

Selecciona una opción en cada pregunta y justifica las que te generen dudas. La clave se trabaja con la docente.

0 de 20 respondidas
Pregunta 1

El código postal es una variable:

Pregunta 2

En [10,20)[10,20) se incluye:

Pregunta 3

La marca de [10,20)[10,20) es:

Pregunta 4

Con frecuencias 3,5,23,5,2, el total es:

Pregunta 5

Una figura igual a dos personas: siete personas se representan con:

Pregunta 6

En histogramas con amplitudes distintas, la altura debe ser:

Pregunta 7

La media de 2,2,4,82,2,4,8 es:

Pregunta 8

La mediana de 2,2,4,82,2,4,8 es:

Pregunta 9

En clases de marcas 5,15,255,15,25 y frecuencias 3,5,23,5,2, la moda aproximada es:

Pregunta 10

En esas mismas clases, P30P_{30} según nuestra convención es:

Pregunta 11

RIC significa:

Pregunta 12

La desviación típica tiene:

Pregunta 13

Para describir los datos usamos divisor:

Pregunta 14

El centro de una nube es:

Pregunta 15

Pearson r=−0,9r=-0{,}9 indica:

Pregunta 16

Un rr próximo a cero:

Pregunta 17

Si una columna es constante, Pearson:

Pregunta 18

En y=a+bxy=a+bx, el término independiente es:

Pregunta 19

Para ŷ=1,5+0,8x\widehat y=1{,}5+0{,}8x, estimar en 33 da:

Pregunta 20

Un mapa autonómico de porcentajes:

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