44. Introducción a las pruebas de hipótesis

Una prueba de hipótesis compara los datos observados con una afirmación de referencia y establece una regla explícita para decidir si la evidencia es suficientemente extrema.

44.1 ¿Qué es una prueba de hipótesis?

Una prueba de hipótesis es un procedimiento para evaluar una afirmación sobre una población usando información de una muestra. Comienza con una hipótesis nula, define una alternativa y establece de antemano una regla de decisión.

La prueba no convierte una muestra en certeza absoluta. Permite describir cuán compatibles son los datos con un modelo de referencia.

44.2 Hipótesis nula

La hipótesis nula H₀ representa el valor o situación de referencia. Suele expresar ausencia de diferencia, ausencia de asociación o igualdad con un valor específico.

H₀: μ = 50

El procedimiento calcula qué tan probable sería observar un resultado como el obtenido si H₀ fuera cierta.

44.3 Hipótesis alternativa

La hipótesis alternativa H₁ expresa el efecto o diferencia que se desea investigar. Puede ser bilateral o unilateral.

TipoFormaPregunta
BilateralH₁: μ ≠ μ₀¿Es diferente?
Cola derechaH₁: μ > μ₀¿Es mayor?
Cola izquierdaH₁: μ < μ₀¿Es menor?

44.4 Nivel de significancia

El nivel de significancia α es el riesgo máximo planificado de rechazar H₀ cuando en realidad es verdadera, bajo las condiciones del procedimiento.

α = 0,05 → 5 % de riesgo de error tipo I como referencia del diseño

El nivel se decide antes de observar el resultado. Cambiarlo después de ver los datos debilita la interpretación.

44.5 Estadístico de prueba

El estadístico transforma los datos en una escala donde se puede medir la distancia respecto de H₀. Para una media con desviación poblacional conocida:

z = (x̄ − μ₀) / (σ / √n)

Un valor z cercano a cero es compatible con μ₀; un valor muy positivo o negativo indica mayor distancia en unidades de error estándar.

44.6 Región crítica y valor crítico

La región crítica contiene los valores del estadístico que se consideran suficientemente extremos para rechazar H₀. El valor crítico separa la región de decisión habitual de la región extrema.

Para una prueba bilateral con α = 0,05 en la normal estándar, los valores críticos aproximados son −1,96 y 1,96.

44.7 Laboratorio interactivo

Observar la regla de decisión

44.8 Prueba unilateral y bilateral

Una prueba bilateral detecta diferencias en ambas direcciones y divide α entre las dos colas. Una prueba unilateral concentra la región crítica en una cola, pero solo debe elegirse si la dirección fue definida antes y la dirección contraria no tiene el mismo interés.

No se debe elegir una prueba unilateral únicamente porque produce un resultado más conveniente.

44.9 Valor p

El valor p es la probabilidad, suponiendo H₀ verdadera, de obtener un estadístico tan extremo como el observado o más. Se compara con α como una forma de decisión.

p ≤ α → rechazar H₀
p > α → no rechazar H₀

El tema siguiente estudiará su interpretación con más detalle.

44.10 No rechazar no significa aceptar

Cuando p > α, la conclusión formal es no rechazar H₀. Esto significa que la evidencia disponible no es suficiente para rechazarla bajo el procedimiento elegido.

No demuestra que H₀ sea verdadera ni que el efecto real sea exactamente cero. Una muestra pequeña o muy variable puede tener poca potencia para detectar una diferencia.

44.11 Errores tipo I y tipo II

DecisiónH₀ verdaderaH₀ falsa
No rechazar H₀Decisión correctaError tipo II
Rechazar H₀Error tipo IDecisión correcta

Reducir α hace más difícil rechazar H₀ y puede aumentar el riesgo de no detectar un efecto real. El tamaño de muestra y la variabilidad también influyen en la potencia.

44.12 Significancia estadística y práctica

Un resultado estadísticamente significativo no informa por sí solo si el efecto es importante. Con una muestra muy grande, una diferencia pequeña puede generar un valor p bajo.

Por eso deben comunicarse también el tamaño del efecto, sus unidades, un intervalo de confianza y sus consecuencias prácticas.

44.13 Supuestos

  • Las observaciones y el mecanismo de muestreo son adecuados para la pregunta.
  • El modelo de distribución utilizado es razonable.
  • Las mediciones representan la variable definida.
  • No hay dependencia ignorada, sesgo grave o valores influyentes sin analizar.

Una fórmula correcta aplicada a datos mal obtenidos produce una conclusión poco confiable.

44.14 Flujo de trabajo

  1. Definir población y parámetro.
  2. Escribir H₀ y H₁ antes de analizar el resultado.
  3. Elegir α y el estadístico según el diseño.
  4. Calcular el estadístico y el valor p o valor crítico.
  5. Decidir y comunicar el resultado en contexto.

44.15 Implementación en JavaScript

El siguiente ejemplo evalúa una media frente a μ₀ = 50 usando una prueba bilateral y dibuja la distribución normal con sus regiones críticas.

const mediaObservada = 53;
const mediaNula = 50;
const desviacion = 8;
const tamanoMuestra = 25;
const nivelSignificancia = 0.05;
const valorCritico = 1.96;
const errorEstandar = desviacion / Math.sqrt(tamanoMuestra);
const z = (mediaObservada - mediaNula) / errorEstandar;
const rechazar = Math.abs(z) > valorCritico;

console.log('Estadístico z:', z.toFixed(3));
console.log(rechazar ? 'Rechazar H0' : 'No rechazar H0');

if (typeof document !== 'undefined') {
  const canvas = document.getElementById('canvasHipotesisCodigo');
  const contexto = canvas.getContext('2d');
  const escalaX = valor => 60 + (valor + 4) / 8 * 700;
  const densidad = valor => Math.exp(-valor * valor / 2) / Math.sqrt(2 * Math.PI);
  contexto.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
  contexto.strokeStyle = '#a84450'; contexto.lineWidth = 2;
  contexto.beginPath();
  for (let valor = -4; valor <= 4; valor += 0.05) { const x = escalaX(valor); const y = 360 - densidad(valor) * 600; if (valor === -4) contexto.moveTo(x, y); else contexto.lineTo(x, y); }
  contexto.stroke();
  contexto.fillStyle = '#f0c7cc'; contexto.fillRect(60, 310, escalaX(-valorCritico) - 60, 50); contexto.fillRect(escalaX(valorCritico), 310, 760 - escalaX(valorCritico), 50);
  contexto.fillStyle = '#8e3642'; contexto.beginPath(); contexto.arc(escalaX(z), 360 - densidad(z) * 600, 7, 0, Math.PI * 2); contexto.fill();
}

44.16 Errores frecuentes

  • Elegir H₀ y H₁ después de observar el resultado.
  • Interpretar el valor p como la probabilidad de H₀.
  • Decir que “no rechazar” demuestra H₀.
  • Confundir significancia estadística con importancia práctica.
  • Elegir una prueba unilateral solo para obtener un resultado significativo.
  • Ignorar supuestos, sesgos, potencia y tamaño del efecto.

44.17 Qué debes recordar

Una prueba de hipótesis es una regla de decisión bajo incertidumbre.
Se define H₀, se establece una alternativa y un nivel α, se calcula un estadístico y se comunica si la evidencia permite rechazar H₀, sin convertir el resultado en una certeza causal.

44.18 Conclusión

Las pruebas de hipótesis organizan el razonamiento sobre afirmaciones poblacionales. Su valor está en hacer explícitos el modelo, el criterio de decisión y los posibles errores. Una conclusión responsable combina el valor p o la decisión con el efecto, la incertidumbre, el diseño y la importancia práctica.