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Fórmulas de Teste de Hipóteses - PME Docente: Rodrigues Fazenda rzfazenda@gmail.com 1 TESTE DE HIPÓTESES A. Teste de Hipóteses para variáveis Quantitativas Hipótese: É uma sentença sobre o valor de um parâmetro populacional desenvolvida para o propósito de teste. Em geral as hipóteses resultam de questionamento de um valor achado hipotético, com o objectivo de conhecer as razões essenciais de se rejeitar enquanto está correcto (erro de tipo I- α ) ou de não rejeitar enquanto estiver errado (erro de tipo II - β ). Exemplos de hipóteses, ou sentenças, feitas acerca de um parâmetro populacional são: 1) O Rendimento médio mensal proveniente de todas as vendas de Mapatana em 5 lojas é de 300.000.000,00Mt. Na formulação de hipótese admitiríamos que as 5 lojas não tivessem tido exactamente 300.000.000,00Mt de rendimento mensal 2) 10 % da produção do fósforo numa certa região é viciada. Nós iríamos testar a hipótese de que a produção do fósforo naquela região não é viciada. i. Hipóteses Estatísticas Denomina-se hipótese nula, aquela hipótese que se pretende testar e abreviadamente escreve-se oH . A hipótese contrária à hipótese nula denomina- se hipótese alternativa, abreviada por 1H . ii. Definição Teste de Hipóteses: é um procedimento, baseado na evidência amostral e na teoria da probabilidade, usado para determinar se a hipótese é uma afirmação razoável e não seria rejeitada, ou é não razoável e seria rejeitada. Os 5 (cinco) passos essenciais para um teste de hipóteses: Passo 1: Estabeleça a Hipótese Nula (Ho) e a Hipótese Alternativa (H1) Passo 2: Selecione um nível de significância (α ) Passo 3: Identifique a Estatística de teste ( pSSX ;;; 2 ) Passo 4: Formule uma regra de decisão Passo 5: Tome uma amostra e obtenha uma decisão: (Não rejeitar H0) ou (rejeitar H0 e admitir H1) Fórmulas de Teste de Hipóteses - PME Docente: Rodrigues Fazenda rzfazenda@gmail.com 2 Hipótese Nula H0: Uma afirmação (sentença) sobre o valor de um parâmetro populacional. Revela aquilo que pretendemos testar. Hipótese Alternativa H1: Uma afirmação (sentença) que é aceite se os dados amostrais fornecem evidência de que a hipótese nula é falsa e pode ser rejeitada. Nível de Significância: A probabilidade de rejeitar a hipótese nula quando ela é efectivamente verdadeira, ou seja, valor de α (alfa). Erro Tipo I: Rejeitar a Hipótese Nula, H0, quando ela é efectivamente verdadeira. A probabilidade do erro tipo I é igual ao nível de significância, α (alfa). Erro Tipo II: Aceitar a Hipótese Nula, H0, quando é efectivamente falsa. A probabilidade do erro tipo II é igual a β (beta) Região Aceitável (RA) – é o conjunto de valores que não rejeitam Ho Região Crítica (RC) – é o conjunto de valores que rejeitam Ho Exemplo: Mrs. Llair é uma conhecida figura da sociedade que é célebre por pretender que é capaz de provar um chá e dizer com 65 % de segurança se foi adoçado antes ou depois do leite ter sido acrescentado. Uma senhora pouco delicada (talvez uma estrangeira....) resolveu pôr em dúvida as fenomenais capacidades gostativas de Mrs. Llair e propôs ingenuamente que lhe fossem dadas as provas, por uma ordem escolhida ao acaso, 10 chávenas de chá de preparação conhecida dos organizadores. O número de respostas erradas será a variável aleatória X. a) Explique os conceitos de hipótese nula, hipótese alternativa, região crítica, erro de tipo I e erro de tipo II, utilizando esta situação concreta. b) Calcule o número de chávenas de chá que Mrs. Llair teria de provar para que, simultaneamente, não pudesse falhar o teste com mais de 1% de probabilidade, caso a sua reindivicação fosse verdadeira, e não pudesse passar com mais de 1% de probabilidade, caso as suas respostas fossem fruto do acaso. Pode usar a aproximação por uma distribuição normal. Resolução a) Hipótese nula oH : Mrs. Llair falha com probabilidade 35,0=op a previsão da ordem de adição do açúcar e do leite; Fórmulas de Teste de Hipóteses - PME Docente: Rodrigues Fazenda rzfazenda@gmail.com 3 Hipótese alternativa 1H : Mrs. Llair responde ao acaso e "prevê" com probabilidade 5,01 =p a ordem de adição do açúcar e do leite; Região crítica : escolhendo como estatística do teste o número de respostas erradas X para um dado número n de chávenas provadas, será o intervalo [ ]nXR cC ,= tal que se X ∈ CR , oH é rejeitada; O erro de tipo I consiste em rejeitar erradamente oH , porque o número de falhanços X caiu dentro da região crítica (X∈ CR ). O erro de tipo II consiste em aceitar erradamente oH , porque o número de falhanços X não caiu dentro da região crítica (X CR∉ ), apesar de ser verdadeira 1H . iii. Tipos de Erros Tabela 5.4 – Tabela de Decisão em Relação Ho Tipos de Decisão Situação de Ho Aceita H0 Rejeita H0 H0 é verdadeira Decisão Correcta Erro Tipo I - α H0 é falsa Erro Tipo II - β Decisão Correcta Estatística de Teste (ou z efectivo, valor de t ou 2χ ): É um valor, determinado a partir da informação amostral, usado para determinar se devemos ou não rejeitar a hipótese nula. Valor Crítico (ou z crítico, valor de t ou 2χ ): O ponto divisor entre a região onde a hipótese nula é rejeitada (RC) e a região onde ela não é rejeitada (RA). Este valor é obtido a partir da tabela de z (normal padrão), da tabela de t (t de Student) ou da tabela de 2χ (qui-quadrado). Testes de significância unicaudais Um teste é unicaudal quando a hipótese alternativa, H1, estabelece uma direcção que nos leve ao uso de digualdade > - maior, 30, o z efectivo pode ser aproximado com n s Xz µ− = . s é obtido apartir da amostra. 2-b) Quanto menor for o tamanho amostral, n 30≤ , z efetivo pode ser aproximado com )1(~ − − = nt n s XT µ com n-1 graus de liberdade. II Teste de hipóteses: duas médias populacionais Assumamos que os parâmetros para duas Populações são: 2121 e ,, σσµµ . Caso I: Quando 21 ,σσ são conhecidos, o valor de Z será dado por: 0 21 2 2 2 1 2 1 21 =⇒ + − = − xx nn XXz µ σσ Caso II: Quando 21 ,σσ não são conhecidos mas os tamanhos amostrais n1 e n2 são maiores 30, a estatística de teste (Z efetivo) é: 2 2 2 1 2 1 21 n s n s XXz + − = Fórmulas de Teste de Hipóteses - PME Docente: Rodrigues Fazenda rzfazenda@gmail.com 5 Caso III: Quando 21 ,σσ não são conhecidos mas os tamanhos amostrais n1 e n2 são menores ou iguais a 30: 2 )1()1( )11( 21 2 22 2 11 21 21 −+ −+− + − = nn SnSn nn XX T II Testes referentes à proporção Proporção: Uma fracção ou percentagem que indica uma parte da População ou amostra que tem um particular traço de interesse. A proporção amostral é denotada por p onde: amostrada amostra na sucessos de tamanho númerop = O valor de teste é n pp ppz )1( − − = p≡ proporçãopopulacional e ≡p proporção amostral III- Teste de diferença entre duas proporções populacionais ( ) ( ) B BB A AA BABA cal n qp n qp ppppZ **** ** + −−− = como calZZ