PSYCH • STATS LAB Estadística I · 1.º de Psicología
LABORATORIO INTERACTIVO · TRES IDIOMAS

El misterio de N − 1

¿Por qué dividimos por n − 1 para estimar la varianza de una población? Descúbrelo extrayendo muestras. Aquí no hay que creer la fórmula: vas a verla funcionar.

EL ENIGMAn = 3
123n → n − 1
Estimamos la media con los mismos datos.
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Extrae muestras. Observa el sesgo.

Imagina que conocemos toda una población de cuatro puntuaciones de atención. Cada muestra se elige al azar con reemplazo: una misma puntuación puede aparecer varias veces.

La población completa (la verdad)

2468
5Media μ · puntos
5Varianza σ² · puntos²
2,24DT σ · puntos

Esta población es ficticia y pequeña para que podamos conocer el valor verdadero y comprobar si los estimadores aciertan en promedio.

ANTES DE SIMULAR: ¿cuál de las tres estimaciones se acercará a la verdad cuando repitamos el muestreo muchas veces?

Tu máquina de muestreo

1. Elige el tamaño de la muestra
2. Extrae muestras al azar
Última muestra obtenida
Pulsa «+ 1 muestra» para empezar.
—Media
—Varianza / n
—Varianza / (n−1)

El resultado importante: promedio de MUCHAS muestras

Compara las barras de color con la línea negra: esa línea representa el valor real de la población.
0 muestras
Media de las medias muestrales—
Esperado: μ = 5Verdad: 5
Media de las varianzas divididas por n—
Esperado: 3,33 (por debajo de 5)Verdad: 5
Media de las varianzas divididas por n−1—
Esperado: 5 (sin sesgo)Verdad: 5
Pulsa «+ 1.000» y observa qué barras llegan a 5 y cuál suele quedarse corta. Después cambia n = 3 por n = 20.

El sesgo también se ve en la forma de las estimaciones

Cada columna representa cuántas muestras produjeron una estimación dentro de ese intervalo. Compara la línea negra (valor real) y la línea de color (promedio observado). Pulsa «+ 1.000» para que aparezcan las distribuciones.

Distribución de las medias muestrales

Distribución de las varianzas / n

Distribución de las varianzas / (n−1)

Línea negra: verdad poblacionalLínea de color: promedio de estimaciones
Las barras son irregulares porque esta población de ejemplo solo tiene cuatro valores posibles: no estamos suponiendo normalidad.

¿Qué cambia cuando aumentamos n?

En muestreos independientes, la varianza calculada dividiendo entre n recupera, en promedio, esta fracción de la varianza verdadera:

n = 2
50 %
n = 3
66,7 %
n = 5
80 %
n = 10
90 %
n = 20
95 %

Con n = 3, dividir por n deja un sesgo teórico de −33,3 %.

¿Qué significa «sesgo»?

No significa que todas las muestras den un valor pequeño. Significa que el promedio de las estimaciones, al repetir el muestreo muchísimas veces, queda sistemáticamente por debajo del valor real.

Dividir entre n

En promedio, subestima la varianza de la población.

Dividir entre n−1

En promedio, acierta la varianza de la población.

La conclusión supone muestras aleatorias independientes de una misma población, con varianza finita.

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¿De dónde sale ese −1?

Porque la media muestral ya se ha calculado usando esos mismos datos: una vez fijada la media y conocidas n−1 puntuaciones, la última queda determinada.

MINIEXPERIMENTO · 3 DATOS CON MEDIA FIJADA EN 5
4
+
6
+
5
5010
(−1) + (+1) + (0) = 0

Mueve las dos barras azules: la puntuación verde se ajusta sola para que la media continúe siendo 5. Solo hay dos valores libres.

La media «consume» un grado de libertad

Las diferencias respecto a la media muestral siempre suman cero. Por eso, cuando estimamos la variabilidad de toda la población, dividir por n produce una estimación demasiado baja en promedio: las desviaciones se han calculado alrededor de una media ajustada a esa muestra.

La corrección n−1 compensa exactamente esa tendencia a subestimar la varianza, en promedio.

Las fórmulas sin misterio

Varianza de TODA la población (conocida)
σ² = Σ(xᵢ − μ)²N = 9 + 1 + 1 + 94 = 5
Aquí tenemos toda la población (N = 4); dividimos por N, no estimamos nada.
Media muestral
x̄ = Σ xᵢn
Insesgada para la media poblacional μ.
Varianza con n
s²n = Σ(xᵢ − x̄)²n
Subestima σ² en promedio.
Varianza con n−1
s² = Σ(xᵢ − x̄)²n − 1
Insesgada para la varianza poblacional σ².
Desviación típica muestral
s = √s²
Está en las unidades originales; no es exactamente insesgada.

Si solo quieres describir exactamente tus datos, dividir por n tiene sentido. Si quieres estimar la varianza de una población desconocida, la corrección n−1 es la elección habitual.

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¿Por qué interpretar la desviación típica?

La varianza es esencial para los cálculos y los modelos, pero eleva las unidades al cuadrado. La desviación típica vuelve a las unidades de la variable original.

Ejemplo psicológico: tiempos de reacción

Cuatro tiempos ficticios alrededor de 400 milisegundos. Cambia su separación y observa la dispersión.

30 ms
310370430490150400650μ = 400 ms

La franja verde representa aproximadamente μ ± 1 desviación típica. Aquí describimos una población ilustrativa de cuatro tiempos.

Los mismos datos, dos unidades muy distintas

Varianza poblacional4.500milisegundos² (ms²)
Desviación típica poblacional67,08milisegundos (ms)

La desviación típica es de unos 67,08 ms: una magnitud que puede compararse directamente con los tiempos observados.

Para interpretar la dispersión, suele ser más intuitiva la desviación típica. Para trabajar matemáticamente con variabilidad, la varianza sigue siendo indispensable.
Matiz importante: usar n−1 hace insesgada la varianza muestral. Al sacar la raíz cuadrada, la desviación típica s suele conservar un pequeño sesgo a la baja, sobre todo con muestras pequeñas.
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Cuatro decisiones de un psicólogo

Contesta y recibirás una explicación inmediata. Si dudas, vuelve al simulador y compruébalo.

1. ¿Qué divisor ofrece una varianza muestral insesgada para estimar σ²?
2. ¿La media muestral es sesgada para estimar la media poblacional?
3. Medimos tiempos de reacción en ms. ¿En qué unidades se expresa la DT?
4. Si dividimos la suma de cuadrados entre n−1 y después calculamos la raíz, ¿la DT es exactamente insesgada?

Qué llevarse al examen

La media muestral

Es insesgada para μ. Promediando muchas medias muestrales recuperamos la media verdadera.

La varianza con n−1

Es insesgada para σ² cuando estimamos la variabilidad poblacional con muestras aleatorias independientes.

La desviación típica

Se expresa en unidades originales. Es fácil de interpretar, aunque s no es exactamente insesgada.