43. Intervalos de confianza

Un intervalo de confianza combina una estimación puntual con un margen de error para comunicar un rango plausible de valores para un parámetro poblacional.

43.1 ¿Qué es un intervalo de confianza?

Un intervalo de confianza se calcula a partir de una muestra y expresa la incertidumbre del procedimiento de estimación. Tiene una forma general:

estimación puntual ± margen de error

Por ejemplo, una media estimada de 72 con un margen de error de 3 produce el intervalo [69, 75].

43.2 Estimación puntual e intervalo

La estimación puntual resume la muestra con un único valor, como x̄ = 72. El intervalo agrega información sobre cuánto puede variar esa estimación entre muestras.

PuntoUna cifra central calculada con los datos.
MargenLa amplitud de incertidumbre elegida por el procedimiento.
IntervaloEl rango entre límite inferior y límite superior.

43.3 Nivel de confianza

Los niveles usuales son 90 %, 95 % y 99 %. Un nivel mayor requiere un intervalo más ancho cuando el tamaño de muestra y la variabilidad se mantienen constantes.

NivelValor z aproximadoInterpretación operativa
90 %1,645Menor amplitud, menor cobertura a largo plazo.
95 %1,96Uso frecuente como compromiso.
99 %2,576Mayor amplitud, mayor cobertura a largo plazo.

43.4 Interpretación correcta

En el enfoque frecuentista, un intervalo de confianza del 95 % se interpreta mediante el procedimiento: si repitiéramos muchas muestras y construyéramos un intervalo del mismo modo, aproximadamente el 95 % de esos intervalos cubriría el parámetro verdadero.

No significa que, después de calcular un intervalo concreto, exista una probabilidad del 95 % de que el parámetro fijo esté dentro de él.

43.5 Intervalo para una media

Si la desviación estándar poblacional es conocida, un intervalo aproximado para μ es:

x̄ ± z · σ / √n

En la práctica σ suele ser desconocida y se reemplaza por la desviación estándar muestral s. Para muestras pequeñas se utiliza la distribución t de Student.

43.6 Margen de error

Margen de error = valor crítico × error estándar

Para una media con σ conocida:

E = z · σ / √n

El margen aumenta cuando sube la variabilidad o el nivel de confianza, y disminuye cuando aumenta n.

43.7 Laboratorio interactivo

Observar intervalos de distintas muestras

43.8 Distribución t de Student

Cuando σ es desconocida y se estima con s, la distribución t tiene colas más pesadas que la normal. Esto refleja la incertidumbre adicional de estimar la desviación estándar.

La forma de t depende de los grados de libertad, habitualmente n − 1 para un intervalo de una media. Cuando n crece, t se aproxima a la normal estándar.

43.9 Intervalo para una proporción

Si p̂ es la proporción observada, un intervalo aproximado puede escribirse como:

p̂ ± z · √[p̂(1 − p̂) / n]

La aproximación debe revisarse cuando n es pequeño o p̂ está muy cerca de 0 o 1. En esas situaciones son preferibles métodos específicos, como Wilson o exactos.

43.10 Tamaño de muestra

Para una media con desviación conocida y margen E:

n ≈ (zσ / E)²

El resultado se redondea hacia arriba. Para proporciones, si no se conoce p, suele usarse p = 0,5 porque produce el tamaño más conservador para una confianza y margen dados.

43.11 Ancho y precisión

Un intervalo estrecho comunica mayor precisión, pero no necesariamente mayor exactitud: un sesgo de selección puede producir un intervalo estrecho alrededor de un valor equivocado.

La precisión se relaciona con la variabilidad aleatoria; la validez depende además del diseño, la medición y la cobertura de la población.

43.12 Intervalos y comparaciones

Al comparar dos grupos se debe analizar directamente la diferencia o el cociente de interés, no solo mirar si dos intervalos individuales se superponen. La superposición visual no es una regla universal para decidir significancia.

Un intervalo para la diferencia comunica mejor tanto el tamaño como la incertidumbre de la comparación.

43.13 Supuestos y limitaciones

  • La muestra debe representar razonablemente a la población objetivo.
  • Las observaciones deben ser independientes o el diseño debe contemplar su dependencia.
  • La distribución y el tamaño de muestra deben justificar la aproximación utilizada.
  • El instrumento de medición y la definición de la variable deben ser adecuados.

Ninguna fórmula corrige por sí sola una muestra sesgada.

43.14 Implementación en JavaScript

Este ejemplo calcula un intervalo aproximado para una media con σ conocida y lo dibuja sobre una escala. El canvas aparece al ejecutar el bloque.

const datos = [68, 71, 73, 70, 75, 69, 74, 72, 76, 71];
const media = datos.reduce((suma, valor) => suma + valor, 0) / datos.length;
const desviacionPoblacional = 8;
const nivelConfianza = 0.95;
const valorCritico = 1.96;
const errorEstandar = desviacionPoblacional / Math.sqrt(datos.length);
const margen = valorCritico * errorEstandar;
const inferior = media - margen;
const superior = media + margen;

console.log('Media muestral:', media.toFixed(2));
console.log('Intervalo del 95 %:', '[' + inferior.toFixed(2) + ', ' + superior.toFixed(2) + ']');

if (typeof document !== 'undefined') {
  const canvas = document.getElementById('canvasIntervalosCodigo');
  const contexto = canvas.getContext('2d');
  const escala = valor => 60 + (valor - 60) / 30 * 700;
  contexto.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
  contexto.strokeStyle = '#c6b6df'; contexto.lineWidth = 2;
  contexto.beginPath(); contexto.moveTo(60, 225); contexto.lineTo(760, 225); contexto.stroke();
  contexto.strokeStyle = '#65468d'; contexto.lineWidth = 5;
  contexto.beginPath(); contexto.moveTo(escala(inferior), 225); contexto.lineTo(escala(superior), 225); contexto.stroke();
  contexto.fillStyle = '#543b7d'; contexto.beginPath(); contexto.arc(escala(media), 225, 9, 0, Math.PI * 2); contexto.fill();
}

43.15 Errores frecuentes

  • Decir que hay un 95 % de probabilidad de que el parámetro esté en el intervalo ya calculado.
  • Confundir nivel de confianza con porcentaje de datos dentro del intervalo.
  • Creer que un intervalo estrecho elimina el sesgo.
  • Usar z cuando corresponde t sin justificar la aproximación.
  • Redondear los límites demasiado pronto.
  • Comparar intervalos individuales en lugar de construir un intervalo para la diferencia.

43.16 Qué debes recordar

Intervalo = estimación puntual ± margen de error.
Mayor confianza produce mayor amplitud; mayor tamaño de muestra produce mayor precisión. La interpretación correcta depende del procedimiento repetido, no de una probabilidad asignada al parámetro fijo.

43.17 Conclusión

Los intervalos de confianza permiten comunicar estimaciones sin ocultar la incertidumbre del muestreo. Para usarlos correctamente hay que elegir el método según la variable y el diseño, informar el nivel de confianza, conservar las unidades y evaluar los supuestos. Un intervalo bien calculado es una herramienta de comunicación y decisión, no una garantía de ausencia de error.