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estadística · Estadística bidimensional

Tablas de frecuencias de doble entrada

¿Estudiar más la noche antes de un examen corto significa sacar una calificación más alta? La Sra. Alvarez les puso a sus 30 estudiantes de Matemáticas Integradas I un examen corto calificado con $6$, $8$ o $10$, y le preguntó a cada uno cuántas horas estudió ($1$, $2$ o $3$). Un solo número por estudiante no basta: para ver una relación necesitas los dos números de cada estudiante, juntos. Una tabla de frecuencias de doble entrada hace justamente eso.

Dos variables, una tabla

Cada celda interior es una frecuencia conjunta $f_{ij}$: cuántos individuos tienen $X = x_i$ y $Y = y_j$ al mismo tiempo. El primer índice $i$ es la fila y el segundo índice $j$ es la columna.

Tabla de doble entrada de horas de estudio y calificación del examen con la celda de 2 horas y calificación 8 resaltada Y (calificación) X (horas) 6810 123 531 264 027 f₂₂ = 6 estudiantes: estudiaron 2 horas, calificación 8
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En una encuesta a $20$ estudiantes se ha preguntado por el número de hermanos ($X$) y el número de mascotas ($Y$). Los resultados se recogen en la siguiente tabla de…

En una encuesta a $20$ estudiantes se ha preguntado por el número de hermanos ($X$) y el número de mascotas ($Y$). Los resultados se recogen en la siguiente tabla de doble entrada:

$X \setminus Y$ $0$ $1$ $2$
0 $2$ $4$ $1$
1 $3$ $5$ $2$
2 $1$ $1$ $1$

Indica cuántos estudiantes tienen exactamente $1$ hermano y $2$ mascotas, y comprueba que la suma de todas las frecuencias conjuntas coincide con el número total de estudiantes encuestados.

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Cómo construir la tabla a partir de pares

Muchas veces los datos no vienen en una tabla. Te dan una lista de pares, uno por individuo, y tienes que contar cuántas veces aparece cada par.

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Se ha preguntado a $10$ personas por el número de veces que van al cine al mes ($X$) y el número de libros que leen al mes ($Y$). Las respuestas obtenidas para cada…

Se ha preguntado a $10$ personas por el número de veces que van al cine al mes ($X$) y el número de libros que leen al mes ($Y$). Las respuestas obtenidas para cada individuo $(X,Y)$ han sido:

$(1, 0), (2, 1), (1, 0), (3, 2), (2, 1), (1, 1), (3, 2), (2, 0), (1, 0), (2, 1)$.

Construye la tabla de doble entrada correspondiente a estas dos variables indicando las frecuencias absolutas conjuntas.

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En un estudio sobre familias, se ha registrado el número de carros ($X$) y el número de bicicletas ($Y$). Sabemos que la variable $X$ toma los valores $0, 1, 2$ y la…

En un estudio sobre familias, se ha registrado el número de carros ($X$) y el número de bicicletas ($Y$). Sabemos que la variable $X$ toma los valores $0, 1, 2$ y la variable $Y$ toma los valores $0, 1$. Construye la tabla de doble entrada sabiendo que:

  • Hay $2$ familias con $(0,0)$ y $3$ familias con $(0,1)$.

  • Hay $4$ familias con $(1,0)$ y $5$ familias con $(1,1)$.

  • Hay $1$ familia con $(2,0)$ y $0$ familias con $(2,1)$.

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Dada la siguiente distribución marginal de la variable $X$ con frecuencias absolutas $f_i$: | $X$ | $1$ | $2$ | $3$ | |:---:|:---:|:---:|:---:| | $f_i$ | $4$ | $5$ | $1$…

Dada la siguiente distribución marginal de la variable $X$ con frecuencias absolutas $f_i$:

$X$ $1$ $2$ $3$
$f_i$ $4$ $5$ $1$

Si sabemos que la variable $Y$ solo toma el valor $Y=2$ para todos los individuos de la muestra, construye la tabla de doble entrada completa para la distribución conjunta de $(X,Y)$.

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El diagrama de dispersión con frecuencias

La misma información se puede dibujar como un diagrama de dispersión (scatter plot): cada par $(x_i, y_j)$ es un punto en el plano de coordenadas. Cuando varios individuos comparten el mismo par, caen en el mismo punto; por eso escribimos la frecuencia junto a él (o dibujamos un círculo más grande).

Diagrama de dispersión de horas de estudio contra calificación; cada círculo indica el número de estudiantes con ese par X (horas de estudio) Y (calificación) 6 8 10 123 5 3 1 2 6 4 2 7 el número en cada círculo es la frecuencia conjunta

Para convertir un diagrama como este en una tabla, lee cada círculo: su posición horizontal da la fila, su posición vertical da la columna y su número es $f_{ij}$. Si falta un círculo, la celda vale $0$. Aquí no hay círculo en $(3, 6)$, así que $f_{31} = 0$, igual que en la tabla de la Sra. Alvarez.

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El siguiente diagrama de dispersión muestra las calificaciones obtenidas en dos pruebas de aptitud, $X$ e $Y$, por un grupo de candidatos. Los números dentro de los…

El siguiente diagrama de dispersión muestra las calificaciones obtenidas en dos pruebas de aptitud, $X$ e $Y$, por un grupo de candidatos. Los números dentro de los círculos indican la frecuencia absoluta conjunta (el número de candidatos que obtuvieron esa pareja de puntuaciones). Construye la tabla de doble entrada asociada a este gráfico y calcula la media marginal de la prueba $X$.

X Y 1 2 3 1 2 3 3 1 2 4 1 2 5
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Totales y distribuciones marginales

Si sumas cada fila, obtienes un total de fila $f_{i\bullet}$. Si sumas cada columna, obtienes un total de columna $f_{\bullet j}$. Se escriben en los márgenes de la tabla, por eso se llaman frecuencias marginales.

Tabla de doble entrada con una columna de totales de fila, una fila de totales de columna y el total general de 30 en la esquina Y (calificación) X (horas) 6810Total 123Total 5319 26412 0279 7111230 azul: totales de fila naranja: totales de columna verde: N = 30

La distribución marginal de $X$ es la lista de los valores de $X$ con sus totales de fila $f_{i\bullet}$. La distribución marginal de $Y$ es la lista de los valores de $Y$ con sus totales de columna $f_{\bullet j}$. Es la tabla de frecuencias de una sola variable que ya conoces, ignorando la otra variable.

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Dada la siguiente tabla de frecuencias conjuntas que relaciona las notas de Matemáticas ($X$) y las notas de Física ($Y$) de un grupo de alumnos: | $X \setminus Y$ | $5$…

Dada la siguiente tabla de frecuencias conjuntas que relaciona las notas de Matemáticas ($X$) y las notas de Física ($Y$) de un grupo de alumnos:

$X \setminus Y$ $5$ $6$ $7$
5 $4$ $2$ $0$
6 $1$ $5$ $3$
7 $0$ $2$ $6$

Escribe la tabla de la distribución marginal de la variable $X$ (notas de Matemáticas), indicando cada valor de $X$ y su correspondiente frecuencia marginal $f_{i\bullet}$.

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A partir de la misma tabla del ejercicio anterior, que relaciona las notas de Matemáticas ($X$) y Física ($Y$): | $X \setminus Y$ | $5$ | $6$ | $7$ |…

A partir de la misma tabla del ejercicio anterior, que relaciona las notas de Matemáticas ($X$) y Física ($Y$):

$X \setminus Y$ $5$ $6$ $7$
5 $4$ $2$ $0$
6 $1$ $5$ $3$
7 $0$ $2$ $6$

Escribe la tabla de la distribución marginal de la variable $Y$ (notas de Física), indicando cada valor de $Y$ y su frecuencia marginal $f_{\bullet j}$.

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Completa los totales marginales (filas y columnas) de la siguiente tabla de contingencia que relaciona el número de horas de estudio diario ($X$) y el número de materias…

Completa los totales marginales (filas y columnas) de la siguiente tabla de contingencia que relaciona el número de horas de estudio diario ($X$) y el número de materias reprobadas ($Y$):

$X \setminus Y$ $0$ $1$ $2$ Total $X$
1 $1$ $3$ $2$
2 $4$ $1$ $0$
3 $0$ $2$ $2$
Total $Y$

Copia la tabla en tu cuaderno y rellena las casillas vacías con las sumas correspondientes.

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Media y dispersión de una distribución marginal

Una distribución marginal es una tabla de frecuencias normal, así que su media y su desviación estándar se calculan de la manera habitual. Las "frecuencias" son los totales marginales y el tamaño de la muestra es $N$.

Cuando una variable está agrupada en intervalos, usa el punto medio de la clase $\dfrac{a+b}{2}$ de cada intervalo como su valor $x_i$.

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La siguiente tabla relaciona la cantidad de fertilizante en onzas ($X$) y la altura de la planta en pulgadas ($Y$) tras un mes de crecimiento: | $X \setminus Y$ | $10$ |…

La siguiente tabla relaciona la cantidad de fertilizante en onzas ($X$) y la altura de la planta en pulgadas ($Y$) tras un mes de crecimiento:

$X \setminus Y$ $10$ $15$ $20$
5 $2$ $4$ $1$
10 $1$ $5$ $3$
15 $0$ $2$ $6$

Calcula la distribución marginal de la altura de las plantas ($Y$) y halla su media aritmética marginal $\bar{y}$.

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Las estaturas en pulgadas ($X$) y el número de medallas obtenidas ($Y$) de un grupo de atletas se han recogido en la siguiente tabla, estando la variable $X$ agrupada en…

Las estaturas en pulgadas ($X$) y el número de medallas obtenidas ($Y$) de un grupo de atletas se han recogido en la siguiente tabla, estando la variable $X$ agrupada en intervalos:

$X \setminus Y$ $0$ $1$ $2$
$[160, 170)$ $6$ $3$ $1$
$[170, 180)$ $4$ $8$ $2$
$[180, 190)$ $2$ $5$ $9$

Obtén la distribución marginal de las estaturas ($X$) y calcula su media aritmética marginal $\bar{x}$, utilizando las marcas de clase de cada intervalo.

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Dada la siguiente tabla de doble entrada sobre el número de días de lluvia a la semana ($X$) y el número de accidentes de tráfico diarios ($Y$) en una ciudad: |…

Dada la siguiente tabla de doble entrada sobre el número de días de lluvia a la semana ($X$) y el número de accidentes de tráfico diarios ($Y$) en una ciudad:

$X \setminus Y$ $0$ $1$ $2$
1 $10$ $4$ $1$
2 $5$ $8$ $2$
3 $2$ $6$ $12$

Calcula la varianza marginal de la variable $Y$ (accidentes de tráfico).

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Cómo hallar celdas que faltan

A veces algunas celdas están borradas, pero los totales se conservan. Cada fila y cada columna deben sumar su total, así que puedes recuperar lo que falta.

Cuando hay dos incógnitas y solo te dan $N$ y una media, escribe un sistema de ecuaciones lineales: una ecuación con $N$ y otra con la media.

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Una tabla de doble entrada muestra la relación entre el número de goles marcados ($X$) y los goles recibidos ($Y$) por un equipo de fútbol en varios partidos. Algunas…

Una tabla de doble entrada muestra la relación entre el número de goles marcados ($X$) y los goles recibidos ($Y$) por un equipo de fútbol en varios partidos. Algunas celdas interiores se han borrado, pero se conservan los totales marginales.

$X \setminus Y$ $0$ $1$ $2$ Total $X$
0 $2$ $a$ $0$ $5$
1 $b$ $3$ $1$ $8$
2 $1$ $1$ $c$ $4$
Total $Y$ $7$ $7$ $3$ $17$

Calcula los valores desconocidos $a$, $b$ y $c$ para que la tabla sea coherente.

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En una tabla de doble entrada que relaciona dos variables $X$ e $Y$, la frecuencia de la celda para $X=2$ e $Y=3$ es un valor desconocido $k$. | $X \setminus Y$ | $1$ |…

En una tabla de doble entrada que relaciona dos variables $X$ e $Y$, la frecuencia de la celda para $X=2$ e $Y=3$ es un valor desconocido $k$.

$X \setminus Y$ $1$ $2$ $3$
1 $4$ $5$ $2$
2 $1$ $3$ $k$
3 $2$ $6$ $1$

Si sabemos que el tamaño total de la muestra es $N=30$, determina el valor de $k$ y, a continuación, calcula la desviación típica marginal de la variable $X$.

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La siguiente tabla relaciona las horas de entrenamiento semanal ($X$) y el tiempo en una carrera en minutos ($Y$). Dos frecuencias absolutas conjuntas, $a$ y $b$, son…

La siguiente tabla relaciona las horas de entrenamiento semanal ($X$) y el tiempo en una carrera en minutos ($Y$). Dos frecuencias absolutas conjuntas, $a$ y $b$, son desconocidas.

$X \setminus Y$ $15$ $20$ $25$
2 $4$ $2$ $1$
4 $a$ $5$ $3$
6 $1$ $b$ $4$

Sabemos que en total hay $N=40$ atletas en el estudio y que la media marginal de horas de entrenamiento es $\bar{x} = 4,25$. Plantea un sistema de ecuaciones lineales y halla los valores exactos de $a$ y $b$.

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Distribuciones condicionales

¿Qué calificación sacaron los estudiantes que estudiaron exactamente $3$ horas? Ahora ignoras todas las demás filas y miras solo una fila de la tabla. Esa fila es la distribución condicional de $Y$ dado $X = 3$. Su total no es $N$, sino el total de la fila $f_{3\bullet}$.

Gráfica de barras de las calificaciones de los 9 estudiantes que estudiaron 3 horas: nadie sacó 6, dos sacaron 8, siete sacaron 10 0 2 7 6 8 10 calificaciones de los 9 que estudiaron 3 horas
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La siguiente tabla muestra la relación entre la edad de varios jóvenes ($X$) y el número de horas que dedican a hacer deporte a la semana ($Y$): | $X \setminus Y$ | $2$…

La siguiente tabla muestra la relación entre la edad de varios jóvenes ($X$) y el número de horas que dedican a hacer deporte a la semana ($Y$):

$X \setminus Y$ $2$ $4$ $6$
14 $5$ $3$ $1$
15 $2$ $6$ $4$
16 $1$ $2$ $5$

Escribe la distribución condicionada del número de horas de deporte ($Y$) para los jóvenes que tienen exactamente $15$ años ($X=15$).

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Utilizando la tabla del ejercicio anterior sobre fertilizante ($X$) y altura ($Y$): | $X \setminus Y$ | $10$ | $15$ | $20$ | |:---:|:---:|:---:|:---:| | 5 | $2$ | $4$ |…

Utilizando la tabla del ejercicio anterior sobre fertilizante ($X$) y altura ($Y$):

$X \setminus Y$ $10$ $15$ $20$
5 $2$ $4$ $1$
10 $1$ $5$ $3$
15 $0$ $2$ $6$

Calcula la media condicionada de la altura de las plantas sabiendo que se les aplicó exactamente $10\text{ g}$ de fertilizante (es decir, calcula $\bar{y}_{X=10}$).

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Practica★★☆Sin empezar
A partir de los mismos datos del ejercicio anterior sobre días de lluvia ($X$) y accidentes ($Y$): | $X \setminus Y$ | $0$ | $1$ | $2$ | |:---:|:---:|:---:|:---:| | 1 |…

A partir de los mismos datos del ejercicio anterior sobre días de lluvia ($X$) y accidentes ($Y$):

$X \setminus Y$ $0$ $1$ $2$
1 $10$ $4$ $1$
2 $5$ $8$ $2$
3 $2$ $6$ $12$

Calcula la varianza condicionada del número de accidentes de tráfico ($Y$) cuando el número de días de lluvia es exactamente $X=3$.

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Frecuencias relativas y porcentajes

Los conteos se vuelven porcentajes cuando los divides entre un total. La pregunta clave siempre es: ¿porcentaje de qué grupo?

La misma celda, dos respuestas distintas, porque cambió el denominador.

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En un estudio económico se relaciona el nivel de ingresos mensuales en miles de dólares ($X$) y el gasto en ocio en cientos de dólares ($Y$) de varias familias. |…

En un estudio económico se relaciona el nivel de ingresos mensuales en miles de dólares ($X$) y el gasto en ocio en cientos de dólares ($Y$) de varias familias.

$X \setminus Y$ $1$ $2$ $3$
1 $12$ $6$ $2$
2 $5$ $10$ $5$
3 $1$ $4$ $5$

Responde a las siguientes preguntas calculando los porcentajes correspondientes:

  1. a) ¿Qué porcentaje del total de familias encuestadas tiene unos ingresos de $2$ mil dólares y gasta $3$ cientos de dólares en ocio?
  2. b) ¿Qué porcentaje de las familias que ingresan $3$ mil dólares gastan $2$ cientos de dólares en ocio?
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Una máquina envasadora clasifica los productos según su peso en onzas ($X$) y su longitud en pulgadas ($Y$). En lugar de las frecuencias absolutas, se proporciona la…

Una máquina envasadora clasifica los productos según su peso en onzas ($X$) y su longitud en pulgadas ($Y$). En lugar de las frecuencias absolutas, se proporciona la siguiente tabla de frecuencias relativas conjuntas $h_{ij} = \frac{f_{ij}}{N}$:

$X \setminus Y$ $10$ $20$ $30$
100 $0,10$ $0,20$ $0,15$
200 $0,05$ $0,30$ $0,20$

Si sabemos que la frecuencia absoluta marginal para los productos que pesan $100\text{ g}$ es $f_{100\bullet} = 45$, determine el número total de productos evaluados $N$ y reconstruya la tabla de frecuencias absolutas conjuntas $f_{ij}$.

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Practica★★★Sin empezar
Reconstruya una tabla de doble entrada para las variables $X$ (número de fallas en una máquina) e $Y$ (línea de producción: $1$ o $2$). Se conocen los siguientes datos:…

Reconstruya una tabla de doble entrada para las variables $X$ (número de fallas en una máquina) e $Y$ (línea de producción: $1$ o $2$). Se conocen los siguientes datos:

  • La distribución marginal de $X$ toma los valores $0, 1, 2$ con frecuencias marginales $f_{0\bullet} = 20$, $f_{1\bullet} = 15$ y $f_{2\bullet} = 5$.

  • La distribución condicionada de $Y$ dado $X=0$ es equiprobable (la mitad de las fallas corresponde a la línea $1$ y la otra mitad a la línea $2$).

  • Para $X=1$, ocurren el doble de fallas en la línea $1$ que en la línea $2$.

  • Para $X=2$, todas las fallas ocurren en la línea $2$.

Dibuje la tabla de doble entrada con todas las frecuencias absolutas conjuntas $f_{ij}$.

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Covarianza

¿Tienden $X$ y $Y$ a subir juntas? La covarianza mide eso con un solo número obtenido de toda la tabla.

Para datos agrupados en las dos variables, reemplaza cada intervalo por su punto medio y luego usa la misma fórmula.

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Dada la siguiente tabla de contingencia bidimensional para las variables discretas $X$ e $Y$: | $X \setminus Y$ | $2$ | $4$ | $6$ | |:---:|:---:|:---:|:---:| | 10 | $1$…

Dada la siguiente tabla de contingencia bidimensional para las variables discretas $X$ e $Y$:

$X \setminus Y$ $2$ $4$ $6$
10 $1$ $3$ $0$
20 $2$ $5$ $2$
30 $0$ $2$ $5$

Calcula la covarianza $\sigma_{xy}$ de la distribución conjunta. Recuerda que la fórmula de la covarianza es $\sigma_{xy} = \frac{\sum x_i y_j f_{ij}}{N} - \bar{x}\bar{y}$.

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Un estudio económico agrupa tanto la variable $X$ (gasto en publicidad en miles de dólares) como la variable $Y$ (ventas en miles de dólares) en intervalos de clase. |…

Un estudio económico agrupa tanto la variable $X$ (gasto en publicidad en miles de dólares) como la variable $Y$ (ventas en miles de dólares) en intervalos de clase.

$X \setminus Y$ $[10, 20)$ $[20, 30)$ $[30, 40)$
$[0, 2)$ $2$ $5$ $1$
$[2, 4)$ $3$ $8$ $4$
$[4, 6)$ $0$ $2$ $5$

Utilizando las marcas de clase de cada intervalo, calcule las medias marginales $\bar{x}$ e $\bar{y}$, y la covarianza de la distribución bidimensional.

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Una variable nueva y medias ponderadas

Puedes construir una nueva distribución de una sola variable a partir de una tabla de doble entrada. Para una variable como $Z = X + Y$, calcula el valor de $Z$ en cada celda y luego suma las frecuencias de las celdas que dan el mismo valor.

Otro dato útil: la media marginal es el promedio ponderado de las medias condicionales, con los totales de fila como pesos.

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En una clase, las calificaciones obtenidas en la primera evaluación ($X$) y en la segunda evaluación ($Y$) se recopilan en la siguiente tabla de doble entrada: |…

En una clase, las calificaciones obtenidas en la primera evaluación ($X$) y en la segunda evaluación ($Y$) se recopilan en la siguiente tabla de doble entrada:

$X \setminus Y$ $4$ $6$ $8$
4 $2$ $3$ $0$
6 $1$ $5$ $2$
8 $0$ $1$ $6$

Se define una nueva variable unidimensional $Z = X + Y$, que representa la suma de las notas de ambas evaluaciones. A partir de la tabla bidimensional, construya la tabla de frecuencias absolutas de la variable $Z$ y calcule su media aritmética $\bar{z}$.

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Demuestre numéricamente una propiedad fundamental de las medias condicionadas utilizando la siguiente tabla: | $X \setminus Y$ | $1$ | $3$ | $5$ |…

Demuestre numéricamente una propiedad fundamental de las medias condicionadas utilizando la siguiente tabla:

$X \setminus Y$ $1$ $3$ $5$
2 $3$ $1$ $0$
4 $1$ $4$ $1$
6 $0$ $2$ $8$

Primero, calcule las medias condicionadas de $Y$ para cada valor de $X$: $\bar{y}_{X=2}$, $\bar{y}_{X=4}$ y $\bar{y}_{X=6}$. A continuación, calcule la media marginal $\bar{y}$ y compruebe que se cumple la relación de la media ponderada: $\bar{y} = \frac{\sum \bar{y}_{X=x_i} \cdot f_{i\bullet}}{N}$.

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Volvamos al principio: ¿más tiempo de estudio va con calificaciones más altas? Las medias condicionales dicen que sí: $\bar{y}_{X=1} \approx 7.11$, $\bar{y}_{X=2} \approx 8.33$, $\bar{y}_{X=3} \approx 9.56$, y la covarianza es positiva. Una tabla de doble entrada hace visible eso, pero describe una asociación en esta clase, no es una prueba de que estudiar cause calificaciones más altas.

Resumen

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