Errores tipo I y tipo II

Por el equipo de promedio.net · Actualizado el

En una prueba de hipótesis hay dos maneras de equivocarse. El error tipo I consiste en rechazar la hipótesis nula cuando en realidad es verdadera: es un falso positivo, como concluir que un medicamento funciona cuando no hace nada. El error tipo II consiste en no rechazar la hipótesis nula cuando es falsa: un falso negativo, como no detectar un efecto que sí existe. La probabilidad del primero se llama α (alfa) y la fija quien diseña la prueba, casi siempre en 5 %. La probabilidad del segundo se llama β (beta), y su complemento, 1 − β, es la potencia: la probabilidad de detectar un efecto cuando existe.

La hipótesis nula es verdaderaLa hipótesis nula es falsa
Rechazas la nulaError tipo I (probabilidad α)Decisión correcta (potencia, 1 − β)
No rechazas la nulaDecisión correcta (1 − α)Error tipo II (probabilidad β)

Una analogía útil es un juicio: la hipótesis nula es «el acusado es inocente». Condenar a un inocente es un error tipo I; absolver a un culpable es un error tipo II. El sistema se diseña para que el primero sea raro, aun a costa de que el segundo ocurra más.

Fórmulas

Para una prueba z de una cola sobre una media (rechazar si x̄ queda por debajo de un corte):

corte = μ₀ − zα · σ√n   ·   β = P( x̄ ≥ corte | μ = μ₁ )   ·   potencia = 1 − β

Cómo calcular β y la potencia

  1. Fija α y calcula el corte de rechazo bajo la hipótesis nula.
  2. Elige un valor alternativo concreto μ₁: el efecto más pequeño que te importaría detectar.
  3. Calcula la probabilidad de no rechazar (caer del lado de «no rechazo» del corte) si la media verdadera fuera μ₁: eso es β.
  4. La potencia es 1 − β. Si es baja (menos de 80 %, por convención), aumenta n.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: potencia de un control de llenado

Una máquina debe llenar bolsas con media 500 g; la desviación del proceso es 4 g. Cada hora se pesan 16 bolsas y se detiene la línea si el promedio indica que la media bajó (prueba de una cola, α = 0.05).

  • Error estándar: 4 ÷ √16 = 1 g. Corte: 500 − 1.645 × 1 = 498.355 g.
  • Si la media real bajó a 498 g: β = P(x̄ ≥ 498.355) = P(Z ≥ 0.355) ≈ 0.361. Potencia ≈ 0.64.

Un desajuste de 2 gramos pasa inadvertido más de un tercio de las horas.

Con 64 bolsas por hora: error estándar 0.5 g, corte 500 − 1.645 × 0.5 ≈ 499.18 g, y β = P(Z ≥ 2.355) ≈ 0.009. La potencia sube a 99 %. Cuadruplicar la muestra casi elimina el error tipo II para ese desajuste, sin cambiar α.

Ejemplo 2: muchas pruebas, muchos falsos positivos

Un equipo compara 20 indicadores entre dos sucursales, cada uno con α = 0.05, y en realidad no hay ninguna diferencia.

P(al menos un falso positivo) = 1 − 0.95²⁰ ≈ 0.64.

Casi dos de cada tres veces aparecerá al menos una diferencia «significativa» que no existe. Correcciones como la de Bonferroni (usar α/20 = 0.0025 en cada prueba) devuelven la probabilidad conjunta a cerca de 5 %, a cambio de menos potencia en cada indicador.

El equilibrio entre ambos errores

Con el mismo tamaño de muestra, reducir α (exigir más evidencia) aumenta β. La única forma de reducir ambos a la vez es más datos o menos ruido en la medición. Por eso el tamaño de muestra se calcula antes del estudio a partir de α, la potencia deseada y el efecto mínimo relevante. Qué error es más grave depende del contexto: en control de calidad de alimentos, un error tipo II (dejar pasar un lote contaminado) suele ser peor que un tipo I (descartar un lote bueno).

Cuándo no aplicar este marco

Errores comunes