Grados de libertad

Por el equipo de promedio.net · Actualizado el

Los grados de libertad (gl, o df en inglés) son el número de valores de un cálculo que pueden variar libremente una vez que se han fijado ciertas restricciones. La idea se entiende con un ejemplo: si tres números deben promediar 10, puedes elegir los dos primeros como quieras, pero el tercero queda obligado para que la suma dé 30. Hay tres datos, pero solo dos grados de libertad. En estadística, cada parámetro que estimas con los propios datos «consume» un grado de libertad. Por eso la varianza de una muestra se divide entre n − 1 y no entre n: la media muestral ya se calculó con esos datos y se lleva uno de ellos.

Fórmula

gl = n − (parámetros estimados)   ·   s² = Σ(xᵢ − x̄)²n − 1

Dividir entre n − 1 en lugar de n se llama corrección de Bessel. La razón de fondo: las desviaciones respecto a la media muestral siempre suman cero, así que solo n − 1 de ellas aportan información independiente. Además, los datos quedan más cerca de su propia media que de la media verdadera de la población, y dividir entre n subestimaría la variación real.

Grados de libertad más comunes

SituaciónGrados de libertad
Varianza o desviación estándar de una muestran − 1
Distribución t para una median − 1
Prueba t de dos muestras (varianzas iguales)n₁ + n₂ − 2
Prueba ji cuadrada en una tabla de r filas y c columnas(r − 1)(c − 1)
Regresión lineal simple (residuos)n − 2
ANOVA con k grupos y N datosk − 1 entre grupos, N − k dentro

Cómo determinarlos

  1. Cuenta cuántos datos (o celdas, o grupos) intervienen en el cálculo.
  2. Cuenta cuántas cantidades estimaste con esos mismos datos y que el cálculo da por fijas (medias, totales de fila y columna, coeficientes de una recta).
  3. Resta: lo que queda son los grados de libertad.
  4. Usa ese número para elegir la fila correcta de la tabla t, ji cuadrada o F.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: por qué n − 1 corrige el sesgo

Una población tiene tres valores: 2, 4 y 6. Su varianza poblacional es σ² = [(2 − 4)² + 0 + (6 − 4)²] ÷ 3 = 8/3 ≈ 2.67.

Toma todas las muestras posibles de 2 valores con reemplazo (son 9) y calcula la varianza de cada una de dos maneras. Para una muestra (a, b), la suma de cuadrados es (a − b)²/2. Las nueve diferencias al cuadrado suman 0 + 4 + 16 + 4 + 0 + 4 + 16 + 4 + 0 = 48.

  • Dividiendo entre n = 2: el promedio de las nueve varianzas es 48 ÷ 4 ÷ 9 ≈ 1.33. Subestima σ² a la mitad.
  • Dividiendo entre n − 1 = 1: el promedio es 48 ÷ 2 ÷ 9 ≈ 2.67, exactamente σ².

Con n − 1, la varianza muestral es un estimador insesgado: en promedio acierta. Con n, se queda corta sistemáticamente. Puedes ver esta misma enumeración desde el lado de las medias en distribución muestral.

Ejemplo 2: grados de libertad de una tabla de contingencia

Se cruzan tres turnos (matutino, vespertino, nocturno) con dos resultados (aprobó, reprobó). La tabla tiene 3 × 2 = 6 celdas, pero los totales de cada fila y de cada columna están fijos.

Si conoces los totales, basta llenar 2 celdas para deducir las otras 4: si conoces la primera columna de las dos primeras filas, la segunda columna de esas filas sale de los totales de fila, y la tercera fila completa sale de los totales de columna. Grados de libertad = (3 − 1) × (2 − 1) = 2.

Por qué importan

Con pocos grados de libertad hay más incertidumbre, y las distribuciones de referencia lo reflejan: el valor crítico de la t para un 95 % es 2.776 con 4 gl, pero 2.045 con 29. Usar los grados de libertad equivocados produce intervalos demasiado estrechos o pruebas que rechazan con demasiada facilidad.

Cuándo no aplicar la corrección

Errores comunes