El curso de matemáticas de Coddy enseña el método en sí: trabajas cada paso en una pizarra interactiva y te dice exactamente dónde falló un movimiento.
Un intervalo de confianza es una estimación con su incertidumbre adjunta
Una media muestral es una conjetura sobre la media poblacional, y una conjetura sin rango es una conjetura que no puedes comprobar. El intervalo de confianza es ese rango: la estimación, más y menos un margen de error. El margen es un valor crítico por el error estándar, y cada uno de esos dos factores responde a una pregunta distinta. El error estándar es cuánto se movería la estimación de una muestra a la siguiente; el valor crítico es cuántos de esos errores estándar abarca el intervalo para alcanzar el nivel de confianza que pediste.
Para una media, la página sigue la receta estándar. A partir de datos brutos calcula la media y la desviación típica muestral de forma exacta, la desviación típica mantenida como radical; a partir de un resumen toma tus números tal cual. Con la desviación típica estimada de la muestra, el valor crítico sale de la curva t con n menos 1 grados de libertad, que es la elección honesta y la opción por defecto aquí; la versión z está a un interruptor de distancia para una sigma conocida o una n grande. Para una proporción la página da dos intervalos: el de Wald, que es el de la mayoría de los libros de texto, y el intervalo de puntuación de Wilson, que es el que hay que presentar, porque Wald se porta mal cuando la proporción está cerca de 0 o de 1 o la muestra es pequeña.
El intervalo se dibuja sobre una recta numérica bajo la respuesta, con la estimación marcada, porque la imagen de un intervalo dice algo que un par de números no dice: cuán ancho es en relación con dónde está. Un intervalo para una media que va de 4.9 a 5.1 y otro que va de 2 a 8 son ambos intervalos; solo uno de ellos merece presentarse con tres decimales.
Lo que hay que saber sobre los intervalos de confianza
"Con un 95% de confianza" es una afirmación sobre el método, no sobre este intervalo. Construye intervalos así muchas veces y alrededor del 95% de ellos contendrán el valor verdadero; uno cualquiera en concreto lo contiene o no lo contiene.
Más nivel, más ancho. Un intervalo al 99% abarca unos 2.6 errores estándar en vez de 2, así que es un tercio más ancho que uno al 95% con los mismos datos.
La anchura se reduce con la raíz cuadrada de n. Cuatro veces más datos reducen el margen de error a la mitad; cien veces más datos lo reducen a la décima parte.
Usa t cuando sigma se estima con la muestra. Con n = 10 el valor crítico t al 95% es 2.26, no 1.96, y fingir lo contrario hace el intervalo demasiado estrecho.
Para una proporción, presenta Wilson. El intervalo de Wald puede bajar de 0 o pasar de 1 y no es fiable con menos de unos 10 éxitos o fracasos; Wilson se mantiene dentro del rango posible y conserva la cobertura prometida.
Cómo construir un intervalo de confianza
1
Calcula la estimación
La media muestral, o la proporción muestral. Mantenla exacta si puedes; la página lo hace.
2
Calcula el error estándar
Para una media, la desviación típica entre raíz de n. Para una proporción, la raíz de p(1 − p) entre n.
3
Busca el valor crítico
Para una media con sigma estimada, en la curva t con n menos 1 grados de libertad a tu nivel. Para una sigma conocida o una proporción, en la curva normal: 1.645, 1.960 o 2.576 para 90, 95 o 99%.
4
Multiplica para obtener el margen, luego suma y resta
El margen de error es el valor crítico por el error estándar. El intervalo va de la estimación menos el margen a la estimación más el margen.
Valores críticos para un intervalo de confianza
Cuántos errores estándar abarca el intervalo a cada lado de la estimación.
Nivel
z
t, gl = 5
t, gl = 10
t, gl = 30
90%
1.645
2.015
1.812
1.697
95%
1.960
2.571
2.228
2.042
99%
2.576
4.032
3.169
2.750
Ejemplos resueltos
Una media a partir de un resumen
plain
x̄ = 50, s = 10, n = 25, 95%
El error estándar es 10 entre 5, que es 2. Con 24 grados de libertad el valor crítico t al 95% es 2.064, así que el margen de error es de unos 4.13 y el intervalo va de 45.87 a 54.13. Usar z en su lugar daría 1.96 por 2, un margen de 3.92, ligeramente estrecho de más para una muestra de 25.
Una media a partir de datos brutos
plain
2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9
La media es exactamente 5 y la desviación típica muestral es 4√14/7, unos 2.138. Dividiendo entre raíz de 8 sale un error estándar de unos 0.756; con 7 grados de libertad el valor t es 2.365, y el intervalo al 95% va aproximadamente de 3.21 a 6.79.
Una proporción
plain
40 successes in 100 trials
La proporción muestral es 0.4. El intervalo de Wald es 0.4 más o menos 1.96 por 0.049, así que de 0.304 a 0.496. El intervalo de Wilson es de 0.309 a 0.498: desplazado ligeramente hacia el centro, que es la corrección que lo mantiene honesto en los extremos. Con 40 y 60, ambos muy por encima de 10, los dos casi coinciden; con 3 éxitos en 10 no lo harían.
Errores con los intervalos de confianza
Decir que hay un 95% de probabilidad de que la media verdadera esté en este intervalo. La afirmación probabilística es sobre el procedimiento a lo largo de muestras repetidas, no sobre un intervalo fijo.
Usar z con una muestra pequeña. Por debajo de n = 30 con sigma estimada de los datos, el valor crítico t es notablemente mayor y el intervalo z queda demasiado estrecho.
Presentar un intervalo de Wald para una proporción rara. Con 2 éxitos en 20 el intervalo de Wald baja de cero; el de Wilson no, y es el que hay que anotar.
Dividir entre n en vez de entre raíz de n para el error estándar. El margen saldría muchísimo más pequeño de lo que debe.
Leer un intervalo estrecho como uno verdadero. La anchura es precisión, no exactitud; una muestra sesgada da un intervalo estrecho alrededor del número equivocado.
Comparar dos intervalos que se solapan y concluir que no hay diferencia. Dos intervalos al 95% pueden solaparse mientras la diferencia entre las medias es significativa; contrasta la diferencia directamente.
Preguntas frecuentes sobre el intervalo de confianza
¿Cómo calculo un intervalo de confianza al 95%?
Toma la media muestral, calcula el error estándar como la desviación típica entre la raíz cuadrada de n, multiplica por el valor crítico para el 95% (1.96 para z, o el valor t con n menos 1 grados de libertad cuando la desviación típica es estimada), y suma y resta ese margen a la media. La página hace cada uno de esos pasos como una línea separada.
¿Qué significa realmente un intervalo de confianza al 95%?
Que el método que lo produce captura el valor verdadero el 95% de las veces a lo largo de muestras repetidas. No significa que haya un 95% de probabilidad de que el valor verdadero esté en este intervalo concreto; ese valor es fijo, y el intervalo lo contiene o no. La lectura práctica es: los valores de dentro son compatibles con los datos, los de fuera no.
¿Cuándo uso t en vez de z para un intervalo de confianza?
Usa t siempre que la desviación típica se haya estimado con la misma muestra, que es el caso habitual. Usa z cuando la desviación típica poblacional es conocida, o como aproximación cuando n es grande, por encima de unos cientos. Con n = 10 la diferencia es 2.26 frente a 1.96, demasiado para ignorarla.
¿Qué es el margen de error?
La mitad de la anchura del intervalo: el valor crítico por el error estándar. Es el más-menos que citan las encuestas. Un margen del 3% sobre un resultado del 52% significa que el intervalo va del 49% al 55%.
¿Por qué la página muestra dos intervalos para una proporción?
El intervalo de Wald es la fórmula del libro de texto, p más o menos z por la raíz de p(1 − p) entre n; es sencillo y es lo que enseñan la mayoría de los cursos. El intervalo de puntuación de Wilson corrige los fallos conocidos de Wald cerca de 0 y 1 y en muestras pequeñas, y es el que los estadísticos recomiendan presentar. Se muestran ambos para que veas la respuesta del libro y la mejor.
¿Qué tamaño de muestra necesito para un margen de error dado?
Despeja la fórmula del margen: n = (z × σ / E)². Para una proporción en el peor caso, p = 0.5, n = (z / (2E))², así que un margen del 3% al 95% necesita unas 1,068 personas. Reducir el margen a la mitad cuadruplica la muestra.
¿Puede el intervalo de confianza decirme si un resultado es significativo?
Sí, en una dirección: si un intervalo al 95% para una diferencia excluye el cero, la diferencia es significativa al nivel del 5%, y si un intervalo para una media excluye el valor hipotético, la prueba de una muestra lo rechaza. El intervalo también te dice cuán grande es el efecto, cosa que la prueba por sí sola no hace.