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: 48, 59, 52, 41, 59, 16.

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

Uma grandeza segue uma distribuição normal com média 70 e desvio-padrão 15. Que proporção P dos valores está acima de 76?

μ = 70σ = 15x = 76
P =
3.ProbabilidadesMédia
n = 15k = 3N = ?

De quantas maneiras N se pode escolher uma comissão de 3 pessoas num grupo de 15? A ordem não interessa.

n = 15k = 3
N =
4.ProbabilidadesDifícil
€p(x)−20,740,25380,05

Um jogo custa €2 para jogar. Você ganha €6 com probabilidade 0,25 e €40 com probabilidade 0,05; caso contrário, não ganha nada. A aposta não é devolvida. Encontre o ganho líquido esperado E(G) por jogo.

aposta = €2€6: p = 0,25€40: p = 0,05
E(G) = €
5.Distribuição normalMédia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z e z = 0,8611

Arraste z para que a área sombreada entre −z e z sob a curva normal padrão seja 0,8611. Encontre z com duas casas decimais.

A = 0,8611
z =
6.Distribuição normalDifícil
μ = 100x = ?90%

As pontuações de QI seguem uma distribuição normal com média 100 pontos e desvio-padrão 15 pontos. Calcule o valor x abaixo do qual estão 90% delas (o percentil 90).

μ = 100σ = 15P = 90%
x = pontos
7.Intervalos de confiançaMédia
μ₁ − μ₂0LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

A duração da bateria de dois modelos de celular é comparada. Modelo 1: 40 celulares, média 43 h, desvio-padrão conhecido 16 h. Modelo 2: 60 celulares, média 34 h, desvio-padrão conhecido 7 h. Encontre o limite superior do intervalo de confiança de 95% para μ₁ − μ₂.

n₁ = 40x̄₁ = 43 hσ₁ = 16 hn₂ = 60x̄₂ = 34 hσ₂ = 7 h95%
limite superior = h
8.Intervalos de confiançaDifícil
σ = 29, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1,595%

O desvio-padrão da população é 29. 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 1,5?

σ = 29E = 1,595%
n =
9.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
t −1,9901,99

Uma amostra de 81 estudantes tem nota média 74,38 e desvio-padrão amostral 4. Calcule a estatística de teste t para H₀: μ = 75.

μ₀ = 75x̄ = 74,38s = 4n = 81
t =
10.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
−1,961,96z = ?

Em um ensaio, 55 de 100 pacientes com o tratamento A se recuperam, e 135 de 300 pacientes com o tratamento B. Usando a proporção combinada, encontre a estatística de teste z para H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 55n₁ = 100x₂ = 135n₂ = 300
z =
11.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy139247353455560xy24405060

A tabela dá 5 observações pareadas de x = horas de estudo e y = nota na prova. Encontre o coeficiente de correlação de Pearson r.

n = 5
r =
12.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy154417541957215623742576xy152025506070x = 20

A tabela dá 6 observações pareadas de x = temperatura em °C e y = sorvetes vendidos. Use a reta de mínimos quadrados ŷ = a + b·x. É feita uma nova observação (20, 58). Encontre o seu resíduo e = y − ŷ.

n = 6(20, 58)
e =

3Soluções

1.Estatística descritiva

Resposta: s = 16,14

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 = 275/6 = 45,83

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = 2,167² + 13,17² + 6,167² + (−4,833)² + 13,17² + (−29,83)² = 1303

Desvio-padrão

s = √(1303/5) = 16,14

Resposta

s = 16,14
2.Estatística descritiva

Resposta: P = 0,3446

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 = 0,4

Tabela da normal padrão

Φ(0,4) = 0,6554
P = 1 − 0,6554 = 0,3446

Resposta

P = 0,3446
3.Probabilidades

Resposta: N = 455

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.

Combinações

C(15, 3) = (15·14·13)/(3·2·1) = 455

Resposta

N = 455
4.Probabilidades

Resposta: E(G) = 1,5 €

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.

Resultados líquidos

G: 4 (p = 0,25), 38 (p = 0,05), −2 (p = 0,7)

Valor esperado

E(G) = 4·0,25 + 38·0,05 − 2·0,7 = 1,5 €

Resposta

E(G) = 1,5 €

Um valor positivo significa que você ganha dinheiro em média.

5.Distribuição normal

Resposta: z = 1,48

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 de z

Φ(z) = (1 + 0,8611)/2 = 0,9306

Leia a tabela de z ao contrário

Encontre 0,9306 dentro da tabela e leia z.

z = 1,48

Resposta

z = 1,48
6.Distribuição normal

Resposta: x = 119,2 pontos

Distribuição normal: converta um valor x em uma pontuação z, z = (x − μ)/σ, que conta quantos desvios-padrão ele está da média. Uma tabela z (ou Φ(z)) dá a área à esquerda de z, que é P(X < x). A área à direita é 1 − Φ(z), e a área entre dois valores é a diferença entre as duas áreas.

z do percentil

Φ(z) = 0,9 → z = 1,282

De volta a x

x = 100 + 1,282·15 = 119,22 pontos

Resposta

x = 119,22 pontos
7.Intervalos de confiança

Resposta: limite superior = 14,27 h

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

Estimativa pontual

x̄₁ − x̄₂ = 43 − 34 = 9

Erro-padrão

SE = √(16²/40 + 7²/60) = 2,686

Margem de erro

E = 1,96·2,686 = 5,265

Intervalo

9 ± 5,265 → [3,735, 14,27]

Resposta

limite superior = 14,27 h

O intervalo não contém 0, então as médias diferem significativamente.

8.Intervalos de confiança

Resposta: n = 1436

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 = (1,96·29/1,5)² = 1436

Arredondar para cima

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

n = 1436

Resposta

n = 1436
9.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: t = −1,395

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).

Erro-padrão

SE = 4/√81 = 4/9 = 0,4444

Estatística de teste

t = (74,38 − 75)/0,4444 = −1,395

Resposta

t = −1,395
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| < 1.99, então H₀ não é rejeitada ao nível de 5% (bilateral).

10.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: z = 1,734

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.

Proporções amostrais

p̂₁ = 55/100 = 0,55
p̂₂ = 135/300 = 0,45
p̂ = 190/400 = 0,475

Erro-padrão sob H₀

SE = √(0,475·0,525·(1/100 + 1/300)) = 0,05766

Estatística de teste

z = (0,55 − 0,45)/0,05766 = 1,734

Resposta

z = 1,734

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

11.Regressão linear e correlação

Resposta: r = 0,9791

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 = 15/5 = 3
ȳ = 254/5 = 50,8

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 50
Syy = Σ(y − ȳ)² = 260,8

Coeficiente de correlação

r = 50/√(10·260,8) = 0,9791

Resposta

r = 0,9791
12.Regressão linear e correlação

Resposta: e = −2,167

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 = 120/6 = 20
ȳ = 361/6 = 60,17

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 219

Reta de regressão

b = 219/70 = 3,129
a = 60,17 − 3,129·20 = −2,405
ŷ = −2,405 + 3,129·x

Valor previsto

ŷ = −2,405 + 3,129·20 = 60,17

Resíduo

e = 58 − 60,17 = −2,167

Resposta

e = −2,167

O ponto está abaixo da reta.

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-1