Introdução à Estatística: pacote de revisão

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

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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
25303540455055

Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 56, 52, 28, 31, 22, 32.

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 100?

μ = 70σ = 15x = 100
P =
3.ProbabilidadesMédia
vermelhas: 3azuis: 8

Um saco tem 3 bolas vermelhas e 8 azuis. Tira duas bolas sem repor a primeira. Qual é a probabilidade P de ambas serem vermelhas?

3 / 8
P =
4.ProbabilidadesDifícil
n = 12, p = 0,4: P(X = 2) = ?k0123456789101112

Um teste tem 12 perguntas de escolha múltipla. Uma estudante que responde ao acaso acerta cada uma com probabilidade 0,4, de forma independente. Qual é a probabilidade P de acertar exatamente 2?

n = 12p = 0,4k = 2
P =
5.Distribuição normalMédia
−3−2−10123zárea sombreada entre −z e z = 0,2812

Arraste z para que a área sombreada entre −z e z sob a curva normal padrão seja 0,2812. Encontre z com duas casas decimais.

A = 0,2812
z =
6.Distribuição normalDifícil
μ = 500x = ?25%

As durações de baterias seguem uma distribuição normal com média 500 h e desvio-padrão 40 h. Calcule o valor x abaixo do qual estão 25% delas (o percentil 25).

μ = 500σ = 40P = 25%
x = h
7.Intervalos de confiançaMédia
x̄E₁ = 2,690%, n = 64x̄E₂ = ?90%, n = 128

Um intervalo de confiança de 90% para uma média, baseado em 64 observações e σ conhecido, tem margem de erro de 2,6. Qual é a margem de erro E₂ se o mesmo estudo usar 128 observações?

90%n₁ = 64E₁ = 2,6n₂ = 128
E₂ =
8.Intervalos de confiançaDifícil
σ = 32, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,599%

O desvio-padrão da população é 32. 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 0,5?

σ = 32E = 0,599%
n =
9.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaMédia
−2,4p = ?

Afirma-se que a média de uma população é 500; o desvio-padrão da população é conhecido e vale 15. Uma amostra aleatória de 25 observações tem média 492,8. Teste H₀: μ = 500 contra H₁: μ < 500. Encontre o valor p p.

μ₀ = 500σ = 15n = 25x̄ = 492,8H₁: μ < μ₀
p =
10.Testes de hipóteses e intervalos de confiançaDifícil
−1,961,96z = ?

Em um ensaio, 140 de 200 pacientes com o tratamento A se recuperam, e 84 de 150 pacientes com o tratamento B. Usando a proporção combinada, encontre a estatística de teste z para H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 140n₁ = 200x₂ = 84n₂ = 150
z =
11.Regressão linear e correlaçãoMédia
xy239340445542651749xy246404550

A tabela dá 6 observações pareadas de x = gasto com publicidade em k€ e y = vendas em k€. Encontre o coeficiente de determinação r² da reta de mínimos quadrados.

n = 6
r² =
12.Regressão linear e correlaçãoDifícil
xy325435536634736837xy468253035x = 6,5

A tabela dá 6 observações pareadas de x = gasto com publicidade em k€ e y = vendas em k€. Use a reta de mínimos quadrados ŷ = a + b·x. É feita uma nova observação (6,5, 33). Encontre o seu resíduo e = y − ŷ.

n = 6(6,5, 33)
e =

3Soluções

1.Estatística descritiva

Resposta: s = 13,8

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 = 221/6 = 36,83

Desvios ao quadrado

Σ(x − x̄)² = 19,17² + 15,17² + (−8,833)² + (−5,833)² + (−14,83)² + (−4,833)² = 952,8

Desvio-padrão

s = √(952,8/5) = 13,8

Resposta

s = 13,8
2.Estatística descritiva

Resposta: P = 0,02275

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 = 2

Tabela da normal padrão

Φ(2) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275

Resposta

P = 0,02275
3.Probabilidades

Resposta: P = 0,05455

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.

Primeira e segunda tiragem

P = 3/11 · 2/10 = 6/110 = 0,05455

Resposta

P = 0,05455
4.Probabilidades

Resposta: P = 0,06385

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) = 66·0,42·0,610 = 66·0,16·0,006047 = 0,06385

Resposta

P = 0,06385
5.Distribuição normal

Resposta: z = 0,36

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 + 0,2812)/2 = 0,6406

Leia a tabela de z ao contrário

Encontre 0,6406 dentro da tabela e leia z.

z = 0,36

Resposta

z = 0,36
6.Distribuição normal

Resposta: x = 473 h

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) = 0,25 → z = −0,6745

De volta a x

x = 500 + −0,6745·40 = 473,02 h

Resposta

x = 473,02 h
7.Intervalos de confiança

Resposta: E₂ = 1,838

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Razão das margens

E₂/E₁ = (1,645/1,645)·√(64/128) = 0,7071

Nova margem

E₂ = 2,6·0,7071 = 1,838

Resposta

E₂ = 1,838
8.Intervalos de confiança

Resposta: n = 27181

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 = (2,576·32/0,5)² = 27180

Arredondar para cima

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

n = 27181

Resposta

n = 27181
9.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: p = 0,008198

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.

Estatística de teste

SE = σ/√n = 15/√25 = 3
z = (492,8 − 500)/3 = −2,4

Área da cauda

Φ(2,4) = 0,9918
1 − Φ(2,4) = 0,0082

Valor p

p = 0,008198

Resposta

p = 0,008198

p ≤ 0,05, então H₀ é rejeitada ao nível de 5%.

10.Testes de hipóteses e intervalos de confiança

Resposta: z = 2,7

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 = 140/200 = 0,7
p̂₂ = 84/150 = 0,56
p̂ = 224/350 = 0,64

Erro-padrão sob H₀

SE = √(0,64·0,36·(1/200 + 1/150)) = 0,05185

Estatística de teste

z = (0,7 − 0,56)/0,05185 = 2,7

Resposta

z = 2,7

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

11.Regressão linear e correlação

Resposta: r² = 0,7662

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 = 27/6 = 4,5
ȳ = 266/6 = 44,33

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 40
Syy = Σ(y − ȳ)² = 119,3

Coeficiente de determinação

r² = 40²/(17,5·119,3) = 0,7662

Resposta

r² = 0,7662

Cerca de 76,62% da variação de y é explicada pela reta.

12.Regressão linear e correlação

Resposta: e = −2,576

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 = 33/6 = 5,5
ȳ = 203/6 = 33,83

Somas de quadrados e de produtos

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 30,5

Reta de regressão

b = 30,5/17,5 = 1,743
a = 33,83 − 1,743·5,5 = 24,25
ŷ = 24,25 + 1,743·x

Valor previsto

ŷ = 24,25 + 1,743·6,5 = 35,58

Resíduo

e = 33 − 35,58 = −2,576

Resposta

e = −2,576

O ponto está abaixo da reta.

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