Intervalo de Confiança para proporções populacionais

Propaganda
Intervalo de Confiança para
proporções populacionais
Definição, Construção de um
intervalo de confiança para p,
Aumento do tamanho da amostra.
Introdução
Estimativa pontual para a proporção
populacional p.
P: Probabilidade de sucesso em uma única
tentativa de um experimento binomial.
P é a proporção populacional
Definição
A estimativa pontual para p, a proporção
populacional de sucesso, é dada pela proporção de
sucesso em uma amostra e denotada por:
𝒙
𝒑=
𝒏
onde:
x = número de sucessos na amostra
n = tamanho da amostra
OBS: 𝑞 = 1 − 𝑝 (Estimativa pontual para o número de fracassos)
Exemplo 1
Consideremos 1024 adultos brasileiros , onde
287 preferem assistir futebol pela tv. Determine
uma estimativa pontual para a proporção
populacional desses adultos.
𝑥
287
𝑝= =
≈ 0,28 = 28%
𝑛 1024
Intervalo de Confiança (I.C) para p
Definição:
Um intervalo de confiança c para a peoporção
populacional p é:
𝒑 − 𝑬 < 𝒑 < 𝒑 + 𝑬,
onde:
𝑝𝑞
𝐸 = 𝑍𝑐 .
𝑛
A probabilidade de que o I.C obtenha p é c.
Propriedade Importante
• Uma Distribuição Binomial quando np≥ 5 e nq ≥
5 pode ser aproximada pela distribuição normal.
• Quando 𝑛𝑝 ≥ 5 e n𝑞 ≥ 5, a distribuição amostral
para 𝑝 é aproximadamente normal com uma média
𝜇𝑝 = 𝑝 e um desvio padrão de 𝜇𝑝 =
𝑝𝑞
𝑛
Exemplo
Construa um intervalo de confiança de 95% para a
proporção de adultos brasileiros que afirmam ser o
futebol o seu programa de esporte favorito.
Solução:
Sabemos que 𝑝 = 0,28 ⇒ 𝑞 = 1 − 0,28 = 0,72
Usando n = 1024, teremos n𝑝 ≈ 1024.0,28 ≈ 287 > 5
e n𝑞 ≈ 1024.0,72 ≈ 737 > 5. Logo a distribuição de 𝒑
pode ser aproximada pela distribuição normal.
Exemplo - Cont
Solução:
Na tabela encontramos 𝑍𝑐 =1,96 (valor crítico
correspondente ao nível de confiança c)
Determinamos, então o erro máximo da estimativa E:
E=𝑍𝑐
𝑝𝑞
𝑛
= 1,96
0,28.0,72
1024
≈ 0,028
O I.C é: 𝒑 − 𝑬 < 𝒑 < 𝒑 + 𝑬, portanto:
𝟎, 𝟐𝟓𝟐 < 𝒑 < 𝟎, 𝟑𝟎𝟖
Conclusão
Podemos afirmar com 95% de confiança que a
proporção de adultos brasileiros que preferem
assistir futebol está entre 25,2% e 30,8%.
Melhorando a precisão
Melhoraremos a precisão sem diminuirmos o
nível de confiança, aumentando o tamanho da
AMOSTRA.
O mínimo tamanho necessário da amostra para
estimar p é:
𝒏𝒎í𝒏
𝒁𝒄 𝟐
= 𝒑𝒒( )
𝑬
OBSERVAÇÃO
Supomos que haja uma estimativa preliminar para
𝑝 e 𝑞, caso contrário usamos 𝑝 = 0,5 e 𝑞 = 0,5 na
fórmula.
𝒏𝒎í𝒏
𝒁𝒄 𝟐
= 𝒑𝒒( )
𝑬
Em outras palavras:
Se não estimarmos 𝑝 e 𝑞 somos penalizados pelo
fato de usar uma amostra grande. (𝑝𝑞 é máximo)
Exemplo
Você é auxiliar em uma campanha política e
deseja estimar, com 95% de confiança, a
proporção de eleitores registrados que votarão
em seu candidato. Qual é o mínimo tamanho
necessário da amostra para estimar a proporção
populacional com uma precisão dentro de 3%?
Solução
Usando 𝑝 = 𝑞 = 0,5 , 𝑍𝑐 = 1,96 e E = 0,03,
teremos:
𝑍𝑐 2
1,96 2
𝑛𝑚í𝑛 = 𝑝𝑞( ) = (0,5)(0,5)(
) ≈ 1067,11
𝐸
0,03
Assim, pelo menos 1.068 eleitores registrados
devem ser incluídos na AMOSTRA
I.C para a variância e desvio padrão
A distribuição qui-quadrado
Definição:
A estimativa pontual para 𝜎 2 é 𝑠 2 e a estimativa
pontual para 𝜎 é s.
𝑠 2 é a melhor estimativa não enviesada para 𝜎 2 .
Podemos usar a distribuição qui-quadrado para construir
um intervalo de confiança para a variância e o desvio
padrão.
Distribuição Qui-Quadrado
Definição:
Se a variável aleatória x tiver uma distribuição
normal,
então
a
distribuição
ᅝ2 =
(𝑛−1)𝑠 2
𝜎2
formará uma distribuição qui-quadrado para
amostras de qualquer tamanho n > 1.
Propriedades
P1: Todos os valores de qui-quadrado ᅝ2 saõ
maiores ou iguais a zero.
P2: A distribuição qui-quadrado é uma família de
curvas, cada uma delas determinada pelos graus de
liberdade. Devemos usar g.l = n – 1
P3: A área sob cada uma das curvas da distribuição
qui-quadrado é igual a um.
Propriedades
P4:
As
distribuições
positivamente assimétricas.
qui-quadrado
são
2
Valores Críticos de 𝞆
Existem dois valores críticos para cada I.C
𝞆𝑅 2 : valor crítico da cauda à direita
𝞆𝐿 2 : valor crítico da cauda à esquerda
Exemplo
Obtenha os valores críticos 𝞆𝑅 2 e 𝞆𝐿 2 para um
intervalo de confiança de 90% quando o
tamanho da amostra é 20.
Exemplo
Solução:
g.l = n – 1 = 20 – 1 = 19
Áreas à direita e à esquerda
1 − 𝑐 1 − 0,90
2
𝐴(𝞆𝑅 ) =
=
= 0,05
2
2
1 + 𝑐 1 + 0,90
2
𝐴 𝞆𝐿 =
=
= 0,95
2
2
Basta procurar na tabela a linha 19, colunas 0,95 e 0,05 e
encontraremos: 𝞆𝑅 2 = 30,144 e 𝞆𝐿 2 = 10,117.
Assim, 90% da área sob a curva está entre 10,117 e
30,144.
Exemplo: Conclusão
Exercício
Determine os valores críticos 𝞆𝑅 2 e 𝞆𝐿 2 para um
intervalo de confiança de 95% quando o tamanho
da amostra for de 95%.
Siga o roteiro:
1. Identifique os graus de liberdade e o nível de
confiança.
2
2. Obtenha 𝐴(𝞆𝑅 ) e 𝐴 𝞆𝐿 2
3. Use a tabela para obter 𝞆𝑅 2 e 𝞆𝐿 2
I.C para a Variância e o Desvio Padrão
Definição:
Um intervalo de confiança c para a variância e o
desvio padrão estão dados a seguir:
Para a Variância:
(𝑛−1)𝑠 2
𝞆𝑅 2
< 𝜎2 <
Para o Desvio Padrão: :
(𝑛−1)𝑠 2
𝞆𝑅 2
(𝑛−1)𝑠 2
𝞆𝐿 2
<𝜎<
(𝑛−1)𝑠 2
𝞆𝐿 2
A probabilidade de que o I.C contenha 𝜎 2 ou 𝜎 é c.
Exemplo
Selecionamos e pesamos 30 amostras de um
determinado antialérgico. O desvio padrão da
amostra é de 1,2mg. Supondo que os pesos
tenham uma distribuição normal, construa um
intervalo de confiança de 99% para a variância e
o desvio padrão populacionais.
Exemplo: Solução
As áreas à direita de 𝟀𝑹 𝟐 e 𝟀𝑳 𝟐 são:
1 − 𝑐 1 − 0,99
𝐴(𝞆𝑅 ) =
=
= 0,005
2
2
1 + 𝑐 1 + 0,99
2
𝐴 𝞆𝐿 =
=
= 0,995
2
2
Na tabela, temos: 𝞆𝑅 2 = 52,366 e 𝞆𝐿 2 = 13,121
Considerando os dados:
n = 30 ⇒ g.l = 30 – 1 = 29, c = 0,99 e s = 1,2
Teremos os I.C para 𝜎 2 e 𝜎 :
2
Exemplo: Solução
• Extremo esquerdo:
• Extremo direito:
(𝑛−1)𝑠 2
𝞆𝑅 2
(𝑛−1)𝑠 2
𝞆𝐿 2
=
=
(30−1)(1,2)2
52,336
(30−1)(1,2)2
13,121
≈ 0,798
≈ 3,183
Assim,
0,798 < 𝜎 2 < 3,183 e 0,89 < 𝜎 < 1,78
Exemplo: Conclusão
Podemos afirmar com 99% de confiança que a
variância populacional está entre 0,798 e 3,183.
O desvio padrão populacional está entre 0,89 e
1,78mg.
Exercício
Obtenha com os dados do exemplo anterior os intervalos de
confiança de 90% e 95% para a variância e o desvio padrão
populacionais dos pesos do antialérgico, seguindo o roteiro:
1. Obtenha os valores críticos 𝞆𝑅 2 e 𝞆𝐿 2 para cada I.C
2. Use n, s, 𝞆𝑅 2 e 𝞆𝐿 2 para obter os I.C para 𝜎 2
3. Obtenha os I.C para 𝜎
4. Especifique os I.C de 90% e 95% para 𝜎 2 e 𝜎
Download