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
253035404550

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 32, 37, 30, 54, 36, 22, 42.

n = 7
s =
2.Estatística descritivaDifícil
z −2−1012

As notas de um exame seguem uma distribuição normal com média 170 e desvio-padrão 15. Calcule a pontuação z z de uma nota de 152.

μ = 170σ = 15x = 152
z =
3.ProbabilidadesMédia
n = 7k = 4N = ?

De quantas maneiras N se pode escolher uma comissão de 4 pessoas num grupo de 7? A ordem não interessa.

n = 7k = 4
N =
4.ProbabilidadesDifícil
n = 8, p = 0,5: P(X = 1) = ?k012345678

Um teste tem 8 perguntas de escolha múltipla. Uma estudante que responde ao acaso acerta cada uma com probabilidade 0,5, de forma independente. Qual é a probabilidade P de acertar exatamente 1?

n = 8p = 0,5k = 1
P =
5.Distribuição normalMédia
100,75103,75P = ?

As pontuações de QI seguem uma distribuição normal com média 100 pontos e desvio-padrão 15 pontos. Que fração está entre 100,75 e 103,75 pontos? Dê P em forma decimal.

μ = 100σ = 15x1 = 100,75x2 = 103,75
P =
6.Distribuição normalDifícil
235240245250255260265gtopo 25%

Os massas de sacos têm distribuição normal com média 250 g e desvio padrão 5 g. Arraste o ponto de corte para que os 25% superiores sombreados fiquem à direita dele. Encontre o ponto de corte x.

μ = 250 gσ = 5 g25%
x = g
7.Intervalos de confiançaMédia
μ₁ − μ₂0LU = ?x̄₁ − x̄₂E90%

A duração da bateria de dois modelos de celular é comparada. Modelo 1: 80 celulares, média 52 h, desvio-padrão conhecido 5 h. Modelo 2: 80 celulares, média 55 h, desvio-padrão conhecido 7 h. Encontre o limite superior do intervalo de confiança de 90% para μ₁ − μ₂.

n₁ = 80x̄₁ = 52 hσ₁ = 5 hn₂ = 80x̄₂ = 55 hσ₂ = 7 h90%
limite superior = h
8.Intervalos de confiançaDifícil
σ = 37, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

O desvio-padrão da população é 37. Qual o tamanho de amostra n necessário para que um intervalo de confiança de 99% para a média tenha margem de erro de no máximo 2?

σ = 37E = 299%
n =
9.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
t −2,13102,131

Uma amostra de 16 estudantes tem nota média 207,3 e desvio-padrão amostral 10. Calcule a estatística de teste t para H₀: μ = 200.

μ₀ = 200x̄ = 207,3s = 10n = 16
t =
10.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
z −2,57602,576

Uma amostra de 16 medições tem média 122. O desvio-padrão da população é 8. Calcule o limite inferior L do intervalo de confiança a 99 % para a média.

x̄ = 122σ = 8n = 1699%
L =
11.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy2504636818941010912118xy51050100

A tabela dá 6 observações pareadas de x = horas de estudo e y = nota na prova. As suas somas são dadas. Encontre o coeficiente de correlação de Pearson r a partir dessas somas.

n = 6Σx = 42Σy = 515Σx² = 364Σy² = 47671Σxy = 4096
r =
12.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy164218472061226824722687xy2025406080x = 25

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. Preveja ŷ para x = 25.

n = 6x = 25
ŷ =

3Soluções

1.Estatística descritiva

Resposta: s = 10,07

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 = 253/7 = 36,14

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = (−4,143)² + 0,8571² + (−6,143)² + 17,86² + (−0,1429)² + (−14,14)² + 5,857² = 608,9

Desvio-padrão

s = √(608,9/6) = 10,07

Resposta

s = 10,07
2.Estatística descritiva

Resposta: z = −1,2

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 = (152 − 170)/15 = −1,2

Resposta

z = −1,2
3.Probabilidades

Resposta: N = 35

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(7, 4) = (7·6·5·4)/(4·3·2·1) = 35

Resposta

N = 35
4.Probabilidades

Resposta: P = 0,03125

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 = 1) = 8·0,51·0,57 = 8·0,5·0,007813 = 0,03125

Resposta

P = 0,03125
5.Distribuição normal

Resposta: P = 0,07877

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.

Pontuações z

z₁ = (100,75 − 100)/15 = 0,05
z₂ = (103,75 − 100)/15 = 0,25

Área entre os valores

P = Φ(0,25) − Φ(0,05) = 0,5987 − 0,5199 = 0,07877

Resposta

P = 0,07877
6.Distribuição normal

Resposta: x = 253,4 g

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) = 0,75

z da tabela

z ≈ 0,67

De volta às unidades originais

x = 250 + 0,67·5 = 253,4 g

Resposta

x = 253,4 g
7.Intervalos de confiança

Resposta: limite superior = −1,418 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 = 52 − 55 = −3

Erro-padrão

SE = √(5²/80 + 7²/80) = 0,9618

Margem de erro

E = 1,645·0,9618 = 1,582

Intervalo

−3 ± 1,582 → [−4,582, −1,418]

Resposta

limite superior = −1,418 h

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

8.Intervalos de confiança

Resposta: n = 2272

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 = (2,576·37/2)² = 2271

Arredondar para cima

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

n = 2272

Resposta

n = 2272
9.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: t = 2,92

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 = 10/√16 = 10/4 = 2,5

Estatística de teste

t = (207,3 − 200)/2,5 = 2,92

Resposta

t = 2,92
t0,025; df = 15 = 2,131

|t| > 2,131, então H₀ é rejeitada ao nível de 5% (bilateral).

10.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: L = 116,8

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).

Margem de erro

E = 2,576·8/√16 = 5,152

Limite do intervalo

L = 122 − 5,152 = 116,8

Resposta

L = 116,8
11.Regressão linear e correlação

Resposta: r = 0,9967

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 = 4096 − 42·515/6 = 491
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 47671 − 515²/6 = 3467

Coeficiente de correlação

r = 491/√(70·3467) = 0,9967

Resposta

r = 0,9967
12.Regressão linear e correlação

Resposta: ŷ = 80,38

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 = 126/6 = 21
ȳ = 377/6 = 62,83

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 307

Reta de regressão

b = 307/70 = 4,386
a = 62,83 − 4,386·21 = −29,27
ŷ = −29,27 + 4,386·x

Previsão

ŷ = −29,27 + 4,386·25 = 80,38

Resposta

ŷ = 80,38

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-1