Dos grupos pueden tener la misma media y comportarse de forma muy distinta: en uno todos coinciden y en otro los valores están muy separados. Vamos a medir esa separación y a localizar posiciones dentro de una lista ordenada. Veremos cada resta antes de usar la fórmula y construiremos la caja desde sus números.
Si necesitas repasar:
1. El centro no dice cuánto se separan los datos
Los datos 4, 4, 4 suman doce, igual que 1, 4, 7. Ambos conjuntos tienen media cuatro. En el primero todos coinciden; en el segundo hay valores tres unidades por debajo y por encima de la media. Esa separación es lo que queremos describir con medidas de dispersión.
No confundimos dispersión con tamaño de la media. Sumar diez a todos los datos desplaza el conjunto, pero conserva las distancias entre ellos. Multiplicar todos por dos, en cambio, duplica las distancias.
Igual media, distinto reparto
Compara A = 4, 4, 4 y B = 1, 4, 7.
Medias
Cada suma es doce; cada cantidad es tres: ambas medias son cuatro.
Extremos
A va de cuatro a cuatro; B de uno a siete.
Diferencia visible
En A no hay separación; en B sí.
La media no distingue estos dos repartos.
Por eso acompañamos una medida de centro con información sobre dispersión.
Trasladar no es estirar
Compara 1, 4, 7 con 11, 14, 17.
Cambio aplicado
A cada dato se suma diez.
Separaciones consecutivas
Tres y tres antes; tres y tres después.
Media
Pasa de cuatro a catorce sin cambiar las distancias.
El centro se desplaza; la dispersión por distancias se conserva.
Ambos rangos valen seis.
2. El rango resta el mínimo al máximo
Ordenamos o localizamos los extremos. El rango es máximo menos mínimo.
Es una distancia y no puede ser negativa. Conserva la unidad de los datos.
El rango solo usa dos valores y no dice cómo se distribuyen los interiores. Tampoco es el número de enteros que caben entre los extremos: entre dos y nueve hay ocho enteros si contamos ambos, pero la distancia sigue siendo siete.
También con valores negativos
Datos: −4, 2 y 5. Halla el rango.
Mínimo
−4.
Máximo
5.
Restamos
5 − (−4) = 5 + 4 = 9.
Rango 9.
En la recta hay cuatro unidades hasta cero y cinco más hasta cinco.
Mismo rango, interiores distintos
Compara 0, 0, 10 con 0, 5, 10.
Extremos de ambos
Mínimo cero y máximo diez.
Rango
10 − 0 = 10 en los dos.Lo que no cuenta
El valor central registrado cambió de cero a cinco.
Los dos rangos son diez.
Una misma amplitud no obliga a tener la misma distribución ni la misma media.
3. La varianza descriptiva promedia desviaciones al cuadrado
Queremos utilizar todos los datos. Primero hallamos su media. A cada dato le restamos esa media; eso da una desviación con signo. Sumarlas directamente no mide dispersión porque se compensan. En 1, 3, 5 la media es tres y las desviaciones son −2, 0, 2: suman cero aunque los datos sean distintos.
Elevamos cada desviación al cuadrado para evitar la cancelación: cuatro, cero y cuatro. Sumamos y dividimos entre el número de datos. La varianza descriptiva de este conjunto es 8/3.
El cuadrado afecta a toda la resta entre paréntesis.
Aquí describimos el conjunto observado con divisor n. Si usamos una muestra para estimar de forma insesgada una varianza poblacional bajo el modelo habitual de observaciones independientes con la misma distribución, se usa s² con divisor n − 1, para n > 1. Es otro objetivo; no cambiamos el divisor sin decir qué calculamos.
La cancelación explica por qué elevamos al cuadrado
Describe la dispersión de 1, 3, 5 con la varianza de esos tres datos.
Media
(1 + 3 + 5)/3 = 3.Desviaciones
1 − 3 = −2; 3 − 3 = 0; 5 − 3 = 2.Cuadrados y suma
(−2)² + 0² + 2² = 4 + 0 + 4 = 8.Promedio
8/3 ≈ 2,67.
Varianza descriptiva 8/3.
Las desviaciones suman cero, pero sus cuadrados suman ocho.
Mismo numerador, objetivos distintos
Para los datos 1, 3, 5 la suma de desviaciones cuadradas es ocho. Compara los dos divisores.
Descripción de los datos
8/n = 8/3.Estimación insesgada bajo las hipótesis indicadas
8/(n − 1) = 8/2 = 4.Nombramos el cálculo
No son dos resultados rivales de una misma petición: corresponden a definiciones y objetivos diferentes.
8/3 descriptiva; 4 con divisor n − 1.
Con un solo dato la primera es cero; la segunda no se define por dividir entre cero.
4. La desviación típica vuelve a la unidad original
Si los datos están en metros, las desviaciones también. Al elevar al cuadrado aparecen metros cuadrados: esa es la unidad de la varianza. La desviación típica, también llamada estándar, toma la raíz cuadrada no negativa: σ = √σ². Así vuelve a expresarse en metros.
No es el promedio de las distancias absolutas; la operación de elevar al cuadrado y después tomar una raíz da una medida distinta. Una desviación típica cero significa que todos los datos del conjunto no vacío coinciden. No interpretamos automáticamente una banda de una desviación como un porcentaje fijo sin más hipótesis.
Raíz y unidades
Un conjunto de longitudes tiene varianza descriptiva de 9 m².
Raíz no negativa
√9 = 3.Unidad
La raíz de metros cuadrados es metros en esta medida.
Resultado con significado
La desviación típica vale tres metros.
σ = 3 m.
La varianza sigue siendo 9 m², no 9 m.
Estirar los datos
Compara 1, 3, 5 con 2, 6, 10.
Primer conjunto
Media 3, suma cuadrada 8, varianza 8/3.
Segundo conjunto
Media 6, desviaciones −4, 0, 4; suma cuadrada 32 y varianza 32/3.
Raíces
√(32/3) = 2√(8/3).
La varianza se multiplica por cuatro; la desviación típica por dos.
Las distancias originales se duplicaron, por eso sus cuadrados se cuadruplican.
5. Los cuartiles necesitan una convención declarada
Ordenamos los datos. Q₂ es la mediana. Para este tema calculamos Q₁ como mediana de la mitad inferior y Q₃ como mediana de la mitad superior. Si hay una cantidad impar, excluimos la mediana global antes de formar las dos mitades.
Por ejemplo, en 1, 2, 3, 4, 5 la mediana global es tres.
Con ocho datos separamos cuatro y cuatro. Otros libros y programas interpolan de otra manera y pueden dar valores distintos; por eso indicamos el procedimiento.
No identificamos sin más un cuartil con el valor que deja exactamente un veinticinco por ciento estrictamente debajo: con conjuntos pequeños y repeticiones esa frase necesita matices. Los cuartiles resumen posiciones mediante la convención elegida.
Ocho datos ordenados
Usa medianas de mitades con 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16.
Mediana global
(8 + 10)/2 = 9.Mitad inferior
2, 4, 6, 8: Q₁ = (4 + 6)/2 = 5.Mitad superior
10, 12, 14, 16: Q₃ = (12 + 14)/2 = 13.
Q₁ = 5; Q₂ = 9; Q₃ = 13.
Los valores aparecen en orden creciente entre el mínimo y el máximo.
Cinco datos: excluimos el centro
Datos 1, 2, 3, 4, 5.
Centro
Q₂ = 3.Dos mitades sin ese centro
Inferior 1, 2; superior 4, 5.
Promedio de cada mitad
Q₁ = 1,5 y Q₃ = 4,5.
Cuartiles 1,5; 3; 4,5 bajo la convención declarada.
Incluir el tres en ambas mitades sería otro procedimiento, que no mezclamos con este.
6. El rango intercuartílico es la anchura de la caja
El rango intercuartílico, RIQ, resta Q₃ − Q₁. Describe la amplitud entre las posiciones cuartílicas de la parte central. Una caja se dibuja desde Q₁ hasta Q₃ y una línea dentro marca Q₂. Todas esas posiciones usan la misma escala numérica.
En un resumen simple de cinco números, los bigotes llegan al mínimo y al máximo. La caja de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 va de 2,5 a 6,5, con mediana 4,5. Su anchura cuatro es el RIQ. Otra versión usa cercas para señalar posibles atípicos: la distinguiremos en el siguiente paso.
Leer y restar
Una caja tiene Q₁ = 3, mediana 5 y Q₃ = 9.
Límites de la caja
Empieza en tres y termina en nueve.
Anchura
9 − 3 = 6.Línea interior
La mediana está en cinco, no tiene que ser el punto medio geométrico de la caja.
RIQ = 6.
(3 + 9)/2 = 6 no es la mediana dada, que sigue siendo cinco.
Construir los cinco números
Datos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
Extremos
Mínimo 1, máximo 8.
Cuartiles
Q₁ = 2,5; Q₂ = 4,5; Q₃ = 6,5.Caja y bigotes simples
Caja entre 2,5 y 6,5, línea en 4,5 y bigotes hasta uno y ocho.
RIQ = 6,5 − 2,5 = 4.
La caja no permite reconstruir cada dato interior.
7. Las cercas señalan posibles atípicos; no ordenan borrarlos
Una convención habitual sitúa cercas en Q₁ − 1,5 · RIQ y Q₃ + 1,5 · RIQ. Los datos estrictamente fuera se marcan como posibles atípicos. En esta versión los bigotes terminan en los datos más extremos que siguen dentro de las cercas, no en las cercas mismas.
El RIQ es cuatro y las cercas son −3,5 y 12,5. El quince se representa aparte; el bigote superior termina en siete. Se conserva el dato y se investiga su contexto.
Comparar cajas ayuda a ver centros y amplitudes, pero una caja sola no demuestra normalidad, simetría de todos los datos ni tamaños de grupo iguales. Diferentes conjuntos pueden producir exactamente el mismo resumen.
Aplicar la regla sin borrar
Con Q₁ = 10 y Q₃ = 14, decide si 22 queda fuera de las cercas de 1,5 RIQ.
RIQ
14 − 10 = 4.Cercas
10 − 6 = 4 y 14 + 6 = 20.Comparamos
22 > 20: queda fuera de la cerca superior.
Se marca como posible atípico.
No se concluye que sea un error; veintidós puede ser una observación válida.
Cerca y bigote no son iguales
Con la lista del dibujo, la cerca superior es 12,5. ¿Dónde termina el bigote superior?
Datos dentro
1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7.
Más extremo dentro
7.
Dato fuera
15 se marca con un punto separado.
El bigote termina en 7.
12,5 es el umbral de la regla y no es uno de los datos de esta lista.
8. Escribimos un procedimiento que otra persona pueda repetir
Antes de calcular indicamos si describimos el conjunto observado o estimamos una varianza de población. Conservamos unidades y evitamos redondear la media demasiado pronto. Para cuartiles ordenamos y declaramos cómo partimos la lista; para una caja decimos qué regla siguen sus bigotes.
Comprobaciones útiles: rango, varianza y RIQ no son negativos; Q₁ ≤ Q₂ ≤ Q₃; la raíz de la varianza coincide con la desviación típica calculada. Un conjunto vacío no admite estas medidas. Con un solo dato la dispersión descriptiva es cero; no aplicamos un estimador con divisor n − 1.
No redondear antes de tiempo
Los datos 0, 0 y 1 tienen media 1/3. Halla su varianza descriptiva exacta.
Desviaciones exactas
−1/3, −1/3 y 2/3.
Cuadrados
1/9 + 1/9 + 4/9 = 6/9.Promedio
(6/9)/3 = 2/9.
Varianza 2/9.
Usar 0,3 como media introduciría redondeo antes de terminar.
Coincidencia completa
Todos los datos de un conjunto no vacío valen siete.
Centro
La media es siete.
Desviaciones
Cada dato menos siete vale cero.
Dispersión
Rango cero, varianza descriptiva cero y desviación típica cero.
La desviación típica es cero.
No depende de cuántas repeticiones haya, siempre que haya al menos una.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Dispersión pequeña
Datos 2,4,6. Halla varianza poblacional y desviación típica.
Media
(2 + 4 + 6)/3 = 12/3 = 4.Restas con signo
2 − 4 = −2; 4 − 4 = 0; 6 − 4 = 2.Suman cero.
Cuadrados
(−2)² = 4; 0² = 0; 2² = 4.Suma 8.
Varianza poblacional
Divisor tres: σ² = 8/3.Desviación típica
σ = √(8/3) ≈ 1,633, raíz no negativa.
Varianza 8/3; desviación √(8/3).
Las desviaciones −2,0,2 suman cero.
EJEMPLO RESUELTO 2
Cuartiles
Datos 1,2,3,4,5,6,7,8. Usa medianas de mitades para hallar RIQ.
Orden y cantidad
Ya están ordenados los ocho datos.
Mitad inferior
1, 2, 3, 4: Q₁ = (2 + 3)/2 = 2,5.Mitad superior
5, 6, 7, 8: Q₃ = (6 + 7)/2 = 6,5.Resta de cuartiles
RIQ = 6,5 − 2,5 = 4.Comprobación
La mediana global es 4,5 y está dentro de la caja.
4.
La mitad central queda entre 2,5 y 6,5.
Los símbolos que hemos usado
- n
- Número de valores del conjunto, con n>0.
- x̄
- Media de los datos que se describen.
- σ²
- Varianza poblacional o descriptiva con divisor n: promedio de las desviaciones cuadradas.
- σ
- Desviación típica: raíz cuadrada no negativa de σ².
- Q₁, Q₂, Q₃
- Primer cuartil, mediana y tercer cuartil.
- RIQ=Q₃−Q₁
- Rango intercuartílico: amplitud entre cuartiles inferior y superior.
- Rango
- Máximo observado menos mínimo observado.
- Cercas
- Límites convencionales Q₁−1,5RIQ y Q₃+1,5RIQ para señalar posibles atípicos.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
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