Introdução à Estatística: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 12 exercícios, com soluções completas no final.

Novos exercíciosVoltar à disciplina

Na janela de impressão, escolha “Salvar como PDF” para guardar uma cópia no seu dispositivo.

1Fórmulas e métodos

Estatística descritiva

Média
x̄ = Σx/n
Desvio-padrão amostral
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valor do meio dos dados ordenados
Pontuação z
z = (x − μ)/σ
Distribuição normal
68% dentro de ±1σ, 95% dentro de ±2σ

Probabilidades

Complementar
P(not A) = 1 − P(A)
Regra da adição
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Eventos independentes
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilidade condicional
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomial
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Distribuição normal

Pontuação z
z = (x − μ)/σ
Abaixo de x
P(X < x) = Φ(z)
Acima de x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Entre
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentil
x = μ + z·σ

Método

  1. Converta o valor em um escore z: z = (x − μ)/σ.
  2. Procure Φ(z), a área à esquerda de z.
  3. Para a área à direita use 1 − Φ(z); para um intervalo subtraia as duas áreas à esquerda.
  4. Para um percentil, faça o caminho inverso: encontre z para a área e depois x = μ + z·σ.

Intervalos de confiança

σ conhecido
x̄ ± z·σ/√n
σ desconhecido
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z crítico
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Tamanho da amostra
n = (z·σ/E)², rounded up

Método

  1. Escolha entre z (σ populacional conhecido) e t (só o s amostral, com n − 1 graus de liberdade).
  2. Encontre o valor crítico para o nível de confiança.
  3. Margem de erro: E = valor crítico × desvio-padrão/√n.
  4. Intervalo: x̄ ± E.

Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Teste z para uma média
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Teste t para uma média
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Bilateral a 5%
rejeite H0 se |z| > 1,96
Intervalo de confiança
x̄ ± z·σ/√n

Método

  1. Enuncie H₀ e H₁ e decida se o teste é unilateral ou bilateral.
  2. Calcule a estatística de teste: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), ou com s e t.
  3. Compare com o valor crítico, ou encontre o valor-p.
  4. Rejeite H₀ se a estatística estiver além do valor crítico (p abaixo de α) e enuncie a conclusão em palavras.

Regressão linear e correlação

Somas de quadrados
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Inclinação
b = Sxy/Sxx
Intercepto
a = ȳ − b·x̄
Correlação
r = Sxy/√(SxxSyy)
Resíduo
e = y − ŷ

2Exercícios

1.Estatística descritivaMédia
2025303540455055

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 35, 51, 16, 30, 57, 35.

n = 6
s =
2.Estatística descritivaDifícil
z −2−1012

As notas de um exame seguem uma distribuição normal com média 100 e desvio-padrão 8. Calcule a pontuação z z de uma nota de 88.

μ = 100σ = 8x = 88
z =
3.ProbabilidadesMédia
xp(x)00,3510,3520,3μ = 0,95

Para a distribuição mostrada, encontre a variância Var(X) de X.

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3
Var(X) =
4.ProbabilidadesDifícil
n = 10, p = 0,1: P(X = 2) = ?k012345678910

Um teste tem 10 perguntas de escolha múltipla. Uma estudante que responde ao acaso acerta cada uma com probabilidade 0,1, de forma independente. Qual é a probabilidade P de acertar exatamente 2?

n = 10p = 0,1k = 2
P =
5.Distribuição normalMédia
96 kg98,3 kgT = X₁ + … + X₈?

As massas de caixas são independentes e normais com média 12 kg e desvio padrão 0,8 kg. Encontre a probabilidade P de a massa total de 8 deles exceder 98,3 kg. Arredonde z para duas casas decimais.

μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 8> 98,3 kg
P =
6.Distribuição normalDifícil
35455565758595pontostopo 40%

Os notas de prova têm distribuição normal com média 65 pontos e desvio padrão 10 pontos. Arraste o ponto de corte para que os 40% superiores sombreados fiquem à direita dele. Encontre o ponto de corte x.

μ = 65 pontosσ = 10 pontos40%
x = pontos
7.Intervalos de confiançaMédia
n = 20, s = 19L = ?Ux̄ = 73,5E95%

Uma amostra de 20 itens tem média 73,5 e desvio-padrão s = 19. A população é aproximadamente normal. Calcule o limite inferior do intervalo de confiança de 95% para a média.

n = 20x̄ = 73,5s = 1995%t(19) = 2,093
limite inferior =
8.Intervalos de confiançaDifícil
σ = 16, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

O desvio-padrão da população é 16. Qual o tamanho de amostra n necessário para que um intervalo de confiança de 95% para a média tenha margem de erro de no máximo 2,5?

σ = 16E = 2,595%
n =
9.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
−1,961,96z = ?

Duas linhas de produção fabricam a mesma peça. Linha 1: uma amostra de 60 peças tem comprimento médio de 141 mm, e o desvio-padrão conhecido da linha é 4 mm. Linha 2: uma amostra de 80 peças tem média de 140,5 mm, desvio-padrão conhecido de 4 mm. Encontre a estatística de teste z para H₀: μ₁ = μ₂, tomando a diferença como x̄₁ − x̄₂ (linha 1 menos linha 2).

n₁ = 60x̄₁ = 141 mmσ₁ = 4 mmn₂ = 80x̄₂ = 140,5 mmσ₂ = 4 mm
z =
10.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
σ = 12, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,590%

Que tamanho deve ter uma amostra para que o intervalo de confiança a 90 % para uma média tenha uma margem de erro de no máximo 0,5? O desvio-padrão é 12. Calcule o menor tamanho de amostra n.

σ = 12E = 0,590%
n =
11.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy125225322419517xy242025

A tabela dá 5 observações pareadas de x = idade do carro em anos e y = preço em k€. As suas somas são dadas. Encontre o coeficiente de correlação de Pearson r a partir dessas somas.

n = 5Σx = 15Σy = 108Σx² = 55Σy² = 2384Σxy = 302
r =
12.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy244961281310161223xy5101020ŷ = 14

A tabela dá 6 observações pareadas de x = carga em kN e y = alongamento em mm. Use a reta de mínimos quadrados ŷ = a + b·x. Para que valor x a reta prevê ŷ = 14?

n = 6ŷ = 14
x =

3Soluções

1.Estatística descritiva

Resposta: s = 14,79

Estatística descritiva: a média é a soma a dividir por n; a mediana é o valor central dos dados ordenados (a média dos dois centrais se n for par). O desvio-padrão amostral é s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Uma pontuação z = (x − μ)/σ diz a quantos desvios-padrão da média está um valor.

Média

x̄ = 224/6 = 37,33

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = (−2,333)² + 13,67² + (−21,33)² + (−7,333)² + 19,67² + (−2,333)² = 1093

Desvio-padrão

s = √(1093/5) = 14,79

Resposta

s = 14,79
2.Estatística descritiva

Resposta: z = −1,5

Estatística descritiva: a média é a soma a dividir por n; a mediana é o valor central dos dados ordenados (a média dos dois centrais se n for par). O desvio-padrão amostral é s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Uma pontuação z = (x − μ)/σ diz a quantos desvios-padrão da média está um valor.

Padronizar

z = (88 − 100)/8 = −1,5

Resposta

z = −1,5
3.Probabilidades

Resposta: Var(X) = 0,6475

Variáveis aleatórias discretas: uma distribuição de probabilidade lista cada valor x que uma variável pode assumir com sua probabilidade p(x); as probabilidades ficam entre 0 e 1 e somam 1. O valor esperado (média) é E(X) = Σx·p(x), a média de longo prazo. A variância é Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², e o desvio padrão é σ = √Var(X). Para uma mudança linear Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) e σY = |a|·σX; somar uma constante não muda a dispersão.

Média

μ = 0·0,35 + 1·0,35 + 2·0,3 = 0,95

Média dos quadrados

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,35 + 4·0,3 = 1,55

Variância

Var(X) = 1,55 − 0,95² = 0,6475

Resposta

Var(X) = 0,6475
4.Probabilidades

Resposta: P = 0,1937

Probabilidades: com resultados equiprováveis, P(A) = favoráveis/possíveis. Para acontecimentos independentes multiplica-se: P(A e B) = P(A)·P(B). O complementar ajuda muitas vezes: P(pelo menos um) = 1 − P(nenhum). Binomial: em n provas independentes com probabilidade de sucesso p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Fórmula binomial

P(X = 2) = 45·0,12·0,98 = 45·0,01·0,4305 = 0,1937

Resposta

P = 0,1937
5.Distribuição normal

Resposta: P = 0,1539

Somas e diferenças de variáveis normais: se X e Y são independentes e normais, X + Y e X − Y também são normais. As médias se somam ou se subtraem: E(X ± Y) = μX ± μY. As variâncias sempre se somam, também em uma diferença: Var(X ± Y) = σX² + σY², portanto σ = √(σX² + σY²). Os desvios padrão nunca se somam diretamente. O total de n itens independentes com a mesma distribuição tem média n·μ e desvio padrão σ·√n. Depois padronize como de costume: z = (x − média)/σ e leia Φ(z).

Distribuição do total

μT = 96 kg, σT = 0,8·√8 = 2,263 kg

Padronizar

z = (98,3 − 96)/2,263 = 1,02

Probabilidades

P = 1 − Φ(1,02) = 0,1539

Resposta

P = 0,1539
6.Distribuição normal

Resposta: x = 67,5 pontos

De uma área de volta a z: Φ(z) é a área à esquerda de z. Para uma área de cauda esquerda A, encontre na tabela o z com Φ(z) = A. Uma área de cauda direita A significa Φ(z) = 1 − A. Uma área central A entre −z e z deixa (1 − A)/2 em cada cauda, então Φ(z) = (1 + A)/2. Para um valor x, use x = μ + zσ.

Área à esquerda

Φ(z) = 0,6

z da tabela

z ≈ 0,25

De volta às unidades originais

x = 65 + 0,25·10 = 67,5 pontos

Resposta

x = 67,5 pontos
7.Intervalos de confiança

Resposta: limite inferior = 64,61

Intervalo de confiança para uma média: x̄ ± margem de erro. Com σ populacional conhecido, a margem é z·σ/√n; tendo apenas o desvio-padrão amostral s, use t com n − 1 graus de liberdade: t·s/√n. Valores críticos: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). Para obter uma margem E ou menor, você precisa de n ≥ (z·σ/E)², arredondado para cima.

Valor crítico

df = n − 1 = 19, t = 2,093

Margem de erro

E = 2,093·19/√20 = 8,892

Intervalo

73,5 ± 8,892 → [64,61, 82,39]

Resposta

limite inferior = 64,61
8.Intervalos de confiança

Resposta: n = 158

Intervalo de confiança para uma média: x̄ ± margem de erro. Com σ populacional conhecido, a margem é z·σ/√n; tendo apenas o desvio-padrão amostral s, use t com n − 1 graus de liberdade: t·s/√n. Valores críticos: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). Para obter uma margem E ou menor, você precisa de n ≥ (z·σ/E)², arredondado para cima.

Resolver em ordem a n

n = (1,96·16/2,5)² = 157,4

Arredondar para cima

O tamanho da amostra é um número inteiro, e arredondar para baixo deixaria a margem grande demais.

n = 158

Resposta

n = 158
9.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: z = 0,7319

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

Erro-padrão da diferença

SE = √(4²/60 + 4²/80) = √0,4667 = 0,6831

Estatística de teste

z = (141 − 140,5)/0,6831 = 0,7319

Resposta

z = 0,7319

|z| < 1,96, então H₀ não é rejeitada ao nível de 5% (bilateral).

10.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: n = 1559

Teste a uma média: a estatística de teste mede a quantos erros-padrão a média amostral está do valor afirmado em H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) quando σ é conhecido, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) quando é estimado pela amostra. Um intervalo de confiança é x̄ ± (valor crítico)·(erro-padrão).

Resolver em ordem a n

n = (1,645·12/0,5)² = 1559

Arredondar para cima

n = 1559

Resposta

n = 1559
11.Regressão linear e correlação

Resposta: r = −0,9723

Regressão por mínimos quadrados: com x̄ e ȳ as médias, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), a reta ŷ = a + b·x tem inclinação b = Sxy/Sxx e intercepto a = ȳ − b·x̄, então ela sempre passa por (x̄, ȳ). O coeficiente de correlação de Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) fica entre −1 e 1; r² é a fração da variação de y explicada pela reta.

Somas centradas

Sxy = 302 − 15·108/5 = −22
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 2384 − 108²/5 = 51,2

Coeficiente de correlação

r = −22/√(10·51,2) = −0,9723

Resposta

r = −0,9723
12.Regressão linear e correlação

Resposta: x = 7,698

Regressão por mínimos quadrados: com x̄ e ȳ as médias, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), a reta ŷ = a + b·x tem inclinação b = Sxy/Sxx e intercepto a = ȳ − b·x̄, então ela sempre passa por (x̄, ȳ). O coeficiente de correlação de Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) fica entre −1 e 1; r² é a fração da variação de y explicada pela reta.

Médias

x̄ = 42/6 = 7
ȳ = 77/6 = 12,83

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 117

Reta de regressão

b = 117/70 = 1,671
a = 12,83 − 1,671·7 = 1,133
ŷ = 1,133 + 1,671·x

Resolver para x

x = (14 − 1,133)/1,671 = 7,698

Resposta

x = 7,698

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-1