Medidas de dispersión: varianza y desviación estándar | 5.° sec.

  • Matemática · 5.° de secundaria
  • Experiencia de aprendizaje N.° 1 · Actividad 6
  • Gestión de datos e incertidumbre

¿Cómo elegimos de forma justa a quién nos representa? En esta actividad usamos la varianza, la desviación estándar y el coeficiente de variación para decidir con datos y no con prejuicios, promoviendo una convivencia sin discriminación en nuestra comunidad.

¡Hola! En la actividad anterior analizamos información sobre la discriminación étnico-racial. Ahora aprenderemos a usar medidas estadísticas para tomar decisiones objetivas.

Propósito de aprendizaje Recopilamos datos de una variable cuantitativa y adaptamos procedimientos para determinar medidas de tendencia central (la media) y de dispersión (rango, desviación media, varianza, desviación estándar y coeficiente de variación) con el fin de tomar decisiones.

Leemos y reflexionamos

La entrenadora de natación conversa con el docente de Educación Física para elegir a la deportista que representará a la institución educativa en un campeonato de natación de su distrito. Las candidatas son:

  • Margarita, de la Costa;
  • Inés, de una zona altoandina;
  • Teodora, de la Amazonía.

El director recomendó que, en la elección, se eviten los comentarios discriminatorios, pues es una problemática frecuente en la comunidad. La entrenadora y el docente revisan la Tabla 1, con los tiempos (en segundos) de las 5 últimas competencias de 50 metros estilo libre.

Tabla 1. Tiempos (s) en 50 m estilo libre
NadadoraComp. 1Comp. 2Comp. 3Comp. 4Comp. 5Promedio
Margarita27,3626,1528,0027,2926,0127
Inés26,2526,5927,6728,3226,1227
Teodora29,5026,7526,0126,0426,1227

Los promedios están redondeados a la unidad; más abajo veremos que, con dos decimales, no son exactamente iguales.

Pregunta del reto¿De qué manera podemos elegir a la representante de la institución educativa evitando cualquier tipo de trato discriminatorio?

Comprendemos el problema: medidas de dispersión

Las medidas de dispersión indican qué tan separados o concentrados están los datos respecto de su valor central. Son fuentes importantes para analizar datos y tomar decisiones.

1. Rango o recorrido

Mide la amplitud de la muestra: cuanto mayor es el rango, más dispersos están los datos.

Rango = valor máximo − valor mínimo

2. Desviación media (DM)

Es el promedio de las distancias (valores absolutos) entre cada dato y la media.

DM = Σ |xi − x̄| ÷ n

3. Varianza (V)

Es la media de los cuadrados de las diferencias entre cada dato y la media. Sirve para describir o comparar conjuntos de datos. Su unidad es la unidad original elevada al cuadrado (kg², s²).

V = Σ (xi − x̄)² ÷ n

4. Desviación estándar (S)

Expresa el grado de dispersión de los datos respecto de la media. Es la raíz cuadrada de la varianza y se mide en la misma unidad que los datos.

S = √V

5. Coeficiente de variación (CV)

Compara la desviación estándar con la media y se expresa en porcentaje. Permite comparar la dispersión de grupos con distintas medias o unidades.

CV = (S ÷ x̄) × 100 %
Interpretación del coeficiente de variación
CVApreciación de la muestra
0 % a 10 %Muy homogénea
Más de 10 % hasta 15 %Homogénea
Más de 15 % hasta 25 %Heterogénea
Más de 25 %Muy heterogénea

En esta actividad usamos las fórmulas para datos no agrupados, dividiendo entre n (como se trabaja en el nivel escolar).

Ejemplo resuelto: el peso de niños del nivel inicial

José enseña en una institución con inicial, primaria y secundaria. Sus estudiantes de 5.° grado investigan el peso de niños de 5 y 6 años de las secciones A y B. Cada sección tiene 15 estudiantes, así que toman una muestra de 5 por sección. Determinamos la media y las medidas de dispersión.

Pesos de la muestra (kg)
SecciónPesos (kg)MediaRangoVarianzaDesv. estándarCV
A15 · 16 · 19 · 24 · 2620 kg11 kg18,8 kg²4,34 kg21,68 %
B18 · 19 · 20 · 21 · 2220 kg4 kg2 kg²1,41 kg7,07 %
ConclusiónAmbas secciones tienen la misma media (20 kg), pero los pesos se desvían de ella un 21,68 % en A (heterogénea) y solo un 7,07 % en B (muy homogénea). Por eso, en la sección B el promedio representa mejor a los datos.

Resolvemos el reto propuesto

Preguntas para comprender el problema

  • ¿Cómo definimos el problema con nuestras propias palabras? ¿Qué medidas estadísticas identificamos?
  • ¿Qué medidas nos ayudarán a responder la pregunta?
  • ¿Cuál es el reto y con qué recursos contamos para afrontarlo?

Paso 1 · Comparamos los tiempos de las tres atletas

Calcula la media aritmética de cada nadadora y observa cuánto varía cada tiempo respecto de ella. ¿Qué medida estadística nos ayuda a determinar la dispersión de un conjunto de datos?

Pasos 2 y 3 · Calculamos las medidas de dispersión

Calcula el rango, la desviación media, la varianza, la desviación estándar y el coeficiente de variación de las tres atletas. Luego compara con la tabla de resultados.

Ver el desarrollo con los resultados (Margarita como ejemplo)
  1. Media: (27,36 + 26,15 + 28,00 + 27,29 + 26,01) ÷ 5 = 134,81 ÷ 5 = 26,96 s
  2. Desviaciones (x − x̄): +0,40 ; −0,81 ; +1,04 ; +0,33 ; −0,95
  3. Cuadrados: 0,16 ; 0,66 ; 1,08 ; 0,11 ; 0,91 → suma ≈ 2,91
  4. Varianza: 2,91 ÷ 5 ≈ 0,58 s²
  5. Desviación estándar: √0,58 ≈ 0,76 s
  6. CV: 0,76 ÷ 26,96 × 100 ≈ 2,83 %

Repetimos el procedimiento con Inés y Teodora:

Medidas estadísticas de los tiempos (s)
NadadoraMediaRangoDesv. mediaVarianzaDesv. estándarCV
Margarita26,961,990,710,580,762,83 %
Inés26,992,200,800,740,863,19 %
Teodora26,883,491,051,781,344,97 %

Paso 4 · Interpretamos y formulamos afirmaciones

Formula 4 afirmaciones sobre la elección de la atleta y sustentalas con las medidas estudiadas.

Ver afirmaciones de ejemplo
  1. Las tres atletas tienen tiempos promedio casi iguales (entre 26,88 s y 26,99 s); la diferencia es de apenas 0,11 s, por lo que el promedio por sí solo no basta para decidir.
  2. Las tres muestras son muy homogéneas (CV menor a 10 %): todas son nadadoras regulares.
  3. Margarita es la más constante: menor rango (1,99 s), menor varianza (0,58 s²) y menor CV (2,83 %).
  4. Teodora tiene el promedio más bajo (26,88 s), pero su tiempo de 29,50 s en la competencia 1 eleva su dispersión (CV 4,97 %). Sin esa marca, sus otros cuatro tiempos se concentran entre 26,01 s y 26,75 s.
Una decisión justaSi el criterio es la regularidad, elegiríamos a Margarita; si priorizamos el mejor promedio y la tendencia reciente, Teodora es una opción sólida. Lo importante es que el criterio se acuerde antes y se base en datos, nunca en el lugar de origen de las estudiantes.

Afianzamos nuestros aprendizajes

Analizamos los resultados de una prueba de Matemática

Frases como «la desviación típica del peso es muy grande» o «la media de las estaturas presenta poca desviación» son comunes en el trabajo y la investigación. Veamos un caso: los puntajes de diez estudiantes de quinto grado en una prueba de Matemática.

Puntajes de la prueba
N.°12345678910
Puntaje14161412171016121717
  1. El profesor cree que el rango es muy grande. ¿Cuál es este rango?
  2. Si la desviación media es mayor que 2, rendirán otra prueba. ¿Tomarán otra prueba de Matemática? (La media es 14,5).
  3. El profesor señaló que «una varianza de hasta 4,5 indicaría buenos resultados». ¿Cuál es la varianza de los puntajes?
  4. Para decidir, el profesor usará la desviación estándar: «si el doble de la desviación estándar es mayor que 4,5, tomará otro examen». ¿Tomará otro examen?
Ver solucionario
  1. Rango = 17 − 10 = 7 puntos.
  2. Suma de |x − 14,5| = 0,5 + 1,5 + 0,5 + 2,5 + 2,5 + 4,5 + 1,5 + 2,5 + 2,5 + 2,5 = 21 → DM = 21 ÷ 10 = 2,1. Como 2,1 > 2, sí tomarán otra prueba.
  3. Suma de (x − 14,5)² = 56,5 → V = 56,5 ÷ 10 = 5,65. Como 5,65 > 4,5, los resultados no se consideran buenos.
  4. S = √5,65 ≈ 2,38 → 2S ≈ 4,75. Como 4,75 > 4,5, sí tomará otro examen.

Evidencia, reflexión y autoevaluación

Nuestra evidencia de aprendizajePresentamos afirmaciones, sustentadas con medidas de dispersión, sobre la elección de la atleta que representará a la institución educativa, para promover una buena convivencia en nuestra comunidad.

Reflexionamos sobre nuestro aprendizaje

  • ¿Qué situaciones favorecieron el logro de nuestro propósito? ¿Cuáles lo dificultaron y qué hicimos para superarlas?
  • ¿Cuál es la importancia de las medidas de dispersión en nuestra vida cotidiana?

Autoevaluación

Reconoce tus avances con los criterios de evaluación, plantea cómo mejorar y comenta tus dificultades con tu profesora o profesor para recibir orientación.

Criterios de evaluaciónLo logréEstoy en proceso¿Qué puedo hacer para mejorar?
Represento el comportamiento de los tiempos de las atletas mediante la desviación estándar.
Expreso con lenguaje matemático la pertinencia de las medidas de dispersión en el rendimiento de las atletas.
Adapto y combino procedimientos para determinar las medidas de dispersión de los tiempos de las tres atletas.
Planteo afirmaciones sobre la elección de la atleta y las argumento con medidas de dispersión para promover una buena convivencia.

Preguntas frecuentes

¿Para qué sirven las medidas de dispersión?
Indican qué tan alejados están los datos de su promedio. Dos grupos pueden tener la misma media y comportarse de forma muy distinta; la dispersión permite detectarlo.
¿Cuál es la diferencia entre varianza y desviación estándar?
La desviación estándar es la raíz cuadrada de la varianza. La varianza está en unidades al cuadrado; la desviación estándar está en la misma unidad que los datos, por lo que es más fácil de interpretar.
¿Cuándo conviene usar el coeficiente de variación?
Cuando se quiere comparar la dispersión de conjuntos con medias distintas o unidades diferentes, porque expresa la desviación estándar como porcentaje de la media.
¿Por qué la estadística ayuda a evitar la discriminación?
Porque permite decidir con criterios objetivos y verificables, en lugar de basarse en estereotipos sobre el origen o la apariencia de las personas.
¡Muy bien, hemos terminado!Determinamos la varianza, la desviación estándar y el coeficiente de variación para elegir a la atleta de manera objetiva y sin discriminación. En la próxima actividad explicaremos el funcionamiento de nuestro cuerpo en las pruebas atléticas, indagando sobre la mecánica del brazo humano, para comprender que los órganos del cuerpo humano funcionan igual en todas las personas. ¡Hasta pronto!

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