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Índice
Capítulo l: Introdução.
1.1. Definições de Estatística.
1.2. Dados.
1.3. Estatística Descritiva .
Tarefa 1: Introdução.
Capítulo 2: Representações Gráficas.
2.1. Contribuições Percentuais.
2.2. Agrupamento por Classes e Distribuições de Freqüências.
2.3. Histogramas e Polígonos de Freqüências.
2.4. Exercícios Resolvidos.
2.5. Exercícios Propostos.
Tarefa 2: Representações Gráficas.
Capítulo 3: Medidas de Tendência Central.
3.1. Média Aritmética.
3.2. Mediana.
3.3. Moda.
3.4. Exercícios Resolvidos.
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01
02
03
07
09
09
13
16
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25
27
31
31
34
34
35
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3.5. Exercícios Propostos. 38 \~ 5.8. Exercícios Propostos.
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Tarefa 3: Medidas de Tendência Central. 41 ·'a• 5.9. Distribuição de Probabilidade. 64 <)
()
Tarefa 5: Probabilidades. 67 3
Capítulo 4: Medidas de Dispersão. 45 ~ () 4.1 Amplitude. 45 Capítulo 6: Distribuição Binomial e Distribuição de Poisson. 69 3 3 ... 4.2. Variância ( s' ). 45 6.1. Distribuição Binomial. 69 11 3
4.3. Desvio-padrão (s). ~ 6.2. Exemplo de Aplicação de Distribuição Binomial. 71 11 47 c. I
4.4. Coeficiente de Variação (cv). 48 ... 6.3. Fato Importante. 73 ~ 4.5. Exercícios-Resolvidos. 48 • • 6.4. Fórmula para o Cálculo da Distribuição de Probabilidades. 74 ~· 4.6. Exercícios Propostos. ~~ 6.5. Exercícios Resolvidos: Distribuição Binomial. 75 t 51 ~
Tarefa 4: Medidas de Dispersão. 53 .... 6.6. Exercícios Propostos: Distribuição Binomial. • 78 3
u
6.7. Distribuição de Poisson. 81 ~ Capítulo 5: Probabilidades. 55 ~---= 6.8. Exemplo de Aplicação de Distribuição de Poisson. 82 ()'1
5.1. Conceitos Básicos. 55 ,;,• . 6.9. Exercícios Resolvidos: Distribuição de Poisson. 83 ~··
5.2. Operações com Eventos. 56 ... 6.1 O. Exercícios Propostos: Distribuição de Poisson. 85 :l·
~ -~ Ç»·· 5.3. Conceitos de Probabilidade. 58
--
Tarefa 6: Distribuição Binomial e Distribuição de Poisson. 87 Ç)
5.4. Propriedades. 59 •• ~' •• 5.5. Probabilidade Condicionada. 59 Capítulo 7: Distribuição Normal. 91 ~ ~--= 5.6. Eventos Independentes. 60 7.1. Distribuição Normal. 91 1\ (1.
5.7. Exercícios Resolvidos. 61 a' • 7.2. Exercícios Resolvidos: Utilização da Tabela Normal Padrão. 96
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7.3. Exercícios Propostos: Utilização da Tabela Normal Padrão.
7.4. Curvas Normais.
7.5. Exercícios Resolvidos: Curvas Normais.
7.6. Exercícios Propostos: Curvas Normais.
Tarefa 7: Distribuição Normal.
i v
102
104
106
109
Capítulo 1: Introdução.
l.l.Definições de Estatística.
A palavra Estatística é originária do vocábulo "Status", que significa Estado em
latim, sendo que o verbete "Statistics" surgiu na "Enciclopédia Britânica" em
1797.
O "Novo Dicionário Básico da Língua Portuguesa - Aurélio" apresenta as
seguintes definições para Estatística:
1. "Parte da Matemática em que se investigam os processos de
obtenção, organização e análise de dados sobre uma população, ou
- -
sobre uma coleção de seres quaisquer, e os métodos de .. tirar
. -
conclusões e fazer ilações ou predições com base nesses dado~.".
2. "Conjunto de elementos numéricos respeitantes a um fato social."
3. "Representação e explic!ção_ sistemática, P,Or observações
quantitativas de massa, dos acontecimentos e das leis da vida social
que deles se podem deduzir."
4. "Método que objetiva o estudo dos fenômenos de massa, isto é, os
que dependem de uma multiplicidade de causas, e tem por fim
representar, sob forma analítica ou gráfica, as tendências
. Ç'!_rac_te)isticas limites desses fenômenos."
.~
No entanto, é possível resumir as afirmações citadas anteriormente em:
Estatística é uma subdivisão da Matemática que trata da coleta,
organização, análise e interpretação de dados com a finalidade de auxiliar na
tomada de decisões.
As aplicações da Estatística ocorrem nas mais diversas áreas do conhecimento,
como Engenharia, Física, Matemática, Química, Medicina, Economia e
Psicologia, além de setores do planejamento da produção, análises comerciais e
estudos sociológicos.
A Estatística pode ser classificada em Estatística Descritiva e Estatística
Indutiva, conforme descrito a seguir.
Estatística Descritiva é a parte da Estatística que se ocupa da organização,
sumarização e apresentação gráfica de dados.
Estatística Indutiva é a parte da Estatística que se ocupa dos métodos
utilizados para a obtenção de conclusões sobre uma população, segundo
informações oriundas de uma amostra da população.
1.2. Dados.
Na perspectiva da Estatística, os dados podem ser expressos de acordo com a
definição a seguir.
Dados são informações obtidas a partir de medições de grandezas,
resultados de pesquisas, respostas a questionários ou contagens em geral.
Uma possível classificação dos dados é a seguinte:
Dados Qualitativos: compostos de informações não numéricas,
classificadas em categorias.
Exemplos: cor dos olhos (azuis, verdes, castanhos, etc), sexo (feminino ou
masculino), tipo sanguíneo (A, B, AB ou 0), religião praticada, etc ..
Dados Ordinais: compostos de informações ordenadas em escalas do tipo
l ,2,3, ... ou A, B, C, ....
Exemplos: avaliação de uma prova com conceitos (A, B, C, D ou E),
classificação dos pilotos em uma competição automobilística de acordo com
a ordem de chegada, classificação de um movimento amortecido em sub-
critico, crítico ou super-crítico, etc.
Dados Métricos: compostos de informações obtidas por medições de
grandezas.
Exemplos: estatura, peso, volume, área, comprimento, tempo, renda mensal,
vazão de fluidos, etc.
Dados de freqüência: compostos de informações a respeito do número de
elementos pertencentes a uma dada categoria.
Exemplos: número de habitantes por região do país, número de usuários de
internet por faixa etária, número de eleitores do sexo feminino e do sexo
masculino, etc.
1.3. Estatística Descritiva.
A Estatística Descritiva visa organizar, resumir e apresentar dados, utilizando
recursos como tabelas e gráficos. Além disso, fornece valores de parâmetros
como médias, medianas, desvios padrões e outros, calculados a partir dos dados.
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Duas defmições fundamentais em Estatística são as de população e de amostra:
População é o conjunto completo de todos os elementos que constituem o
sistema em estudo. Ou seja, o concéíto de população inclui a totalidade de
medições, resultados, observações ou outros itens considerados em
determinada análise estatística.
Amostra é um subconjunto de uma população.
Por exemplo, podem ser estudadas características das pessoas que residem em
um município, como altura, peso, renda mensal, grau de escolaridade, cor dos
olhos, etc. Essas características são variáveis, ou seja, são propriedades às quais
podem ser atribuídos valores numéricos ou conceitos. O conjunto de todas as
alturas das pessoas do referido município compõe a população de alturas, o
conjunto de todos os pesos das pessoas compõe a população de pesos e assim
por diante.
Quando a população é formada por um número muito elevado de elementos,
como a população das alturas dos brasileiros,com mais de 18 anos,. geralmente
~ão obtidos dados a respeito de uma amostra da mesma. Tal procedimento
denomina-se "amostragem". O objetivo da amostragem é estimar, com elevada
probabilidade de acerto, os resultados que seriam obtidos pela utilização de toda
população. Além disso, há casos. em que é impossível operar com toda a
população, como em situações nas quais a população é "constituída" por
infinitos elementos. Nas pesquisas eleitorais, por exemplo, os institutos
divulgam resultados oriundos de-~uma~amostra da população pois não são
entrevistados todos os eleitores.
4
Uma amostra deve representar significativamente a população da qual foi
extraída. A amostra deve apresentar, em escala reduzida, todas as características
qualitativas e quantitativas do universo reproduzido.
A fim de exemplificar os conceitos descritos anteriormente, considere a seguinte
situação hipotética: deseja-se determinar a altura média dos 60 alunos que
formam uma turma do 26 ano de Engenharia de uma universidade. Nesse caso,
podem ser medidas as alturas de todos os 60 alunos da turma e a altura média
calculada, proveniente dos dados de toda população estudada, corresponde a um
''valor verdadeiro".
Considere também outra situação: deseja-se determinar a altura média de todos
os alunos que cursam Engenharia na referida universidade. Nesse caso, a
população será composta pelos alunos de todas as turmas de Engenharia (do I o
ano ao 5° ano) e a turma do 2° ano de Engenharia constitui unia amostra da
população.
A figura 1.1 ilustra esquematicamente os conceitos de população e de amostra,
baseada no exemplo descrito a seguir. Suponha que haja 1 O sapos em uma lagoa,
ou seja, a população estudada é formada por 10 "elementos". Desej~estimar
o peso médio dos sapos que habitam na referida lagoa. Se o peso médio for
calculado a partir de medições com 6 sapos escolhidos aleatoriamente
(imparcialmente), foi realizada uma amostragem.
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Figura 1.1: Exemplo de população e de amostra.
A Estatística Descritiva estabelece relações matemáticas que permitem
descrever o conjunto de dados representados pela amostra (por exemplo, os
pesos dos sapos ilustrados na figura 1.1 ).
6 j"
Tarefa 1: Introdução.
Nome:. __________________________________________________ _
Número: Tunna: ____________________ _
Curso: Turno:
-------
1. Defina Estatística.
2. Defina população e amostra. Dê exemplos.
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3. Diferencie Estatística Descritiva de Estatística Indutiva.
4. Classifique os dados. Dê exemplos.
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5. Cite critérios que devem ser obedecidos para se obter.u!P1í "boa" amostra.
. ~:.:..,-"·.
Capítulo 2: Representações Gráficas.
2.1.Contribuições Percentuais.
Considere, a título de exemplificação, 5 laboratórios de Física de uma
universidade fictícia, denominados de Ll, L2, L3, L4 e L5. Foi realizada uma
pesquisa na qual listaram-se os nomes de cada um dos alunos nos laboratórios e
suas alturas, em em. Essas informações estão resumidas nas tabelasva~
Tabela 2.1: Laboratório L 1 ( 5 alunos)
Nome do aluno Altura (em)
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Alice Machado (32>
. -~-
t~o Ferreir'?--- _ •ÍJ5
Lu~z Eduàrdo-Sântiago 180
Marcelo Silva 165
Patricia Villas 168
---·· Tabela2:2:·taboratório'l::2·(6 alunos1--
Nome do aluno Altura (em)
Alexandre Souto 158
Ana Silva Dias 160
Elias Fontes 162
Fábio Dantas 175
Marcos Freitas 176
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~
Ricardo Reis . -162
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......
Tabela 2.3: Laboratório L3 (12 alunos)
Nome do aluno Altura (em)
André Freitas 157
Caio Cameron 160
Fernando Sampaio 163
Fernando Zarindi 171
Luiz Carlos Figueira 180
Luiz Fernando Dias 158
Mário Maltez 162
Pedro Farias 170
Renato Longo 171 :
Ricardo Ribeiro 157 I
Sidney Alves !58
Zenon da Silva 180 '
--- ----------- ---
Tabela 2.4: Laboratório L4 (7 alunos)
Nome do aluno Altura (em)
Alex Franco !58 I
Beatriz Bento 160
Carina Freitas 161 I
Fábio Oliveira 163
Marcos Vieira 170
Ricardo Ramos 172
Sérgio Crivo 175
---- ----- --
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Tabela 2.5: Laboratório L5 (10 alunos)
Nome do aluno Altura (em)
Alexandre Freitas 162
Ana Maria Louveiro 170 I
Fabricio Zacarias 171
Fernando Silva 168
Luciano Madeira 163
Luiz Gustavo Arias 177
Márcio Gouveia 183
Murilo Vias 153
Renata Andrade 160
Ricardo Rudge 165
- - - - - - -· -----
Suponha que ni represente o número de alunos no laboratório i, ou seja:
i= 1 (laboratório Ll) => n1 = 5
i = 2 (laboratório L2) => n2 = 6
i = 3 (laboratório L3) => n3 = 12
i= 4 (laboratório L4) => I4 = 7
i = 5 (laboratório L5) => n5 = I O
O número total de alunos, denominado de n, é dado pela soma do número de
alunos de cada laboratório, ou seja:
Total de alunos= n = n1 + n2 + n3 + 14 + n5 = 5 + 6 + 12 + 7 +!O= 40
Esse processo de soma é denominado de "somatório de n desde i = 1 até NL",
onde NL representa o número total de laboratórios (no caso, NL = 5), e é
representado por:
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Total de alunos = n = f ni = nl + n2 + n3 + n4 + n5 = 40
i=l
Para se determinar a contribuição Pi, em termos de porcentagens, do número de
alunos em cada laboratório sobre o total, procede-se da seguinte maneira:
LI~ P1 = ( : 1 ).100 =( : 0).100 = 12,5%
L2~ Pz =(:2 JIOo=(460}1o0=15,o%
L3 ~ P3 = (; ).100 =(:~).100 = 30,0%
L4 ~ P 4 = ( : 4 ). 1 00 = (:O). 1 00 = 17,5%
L5 ~ Ps = (r; ).100 = (:~ ).100= 25,0%
A tabela 2.6 apresenta um resumo da discussão anterior.
Tabela 2.6: Número de alunos por laboratório e porcentagens.
Laboratório Número de alunos Porcentagem
Ll 5 12,5%
L2 6 15,0%
L3 12 30,0%
L4 L 17,5% ..
L5 lO 25,0%
Total= 40 Total= 100%
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2.2. Agrupamento por Classes e Distribuições de Freqüências.
É possível classificar os alunos em função da variável altura, independentemente
do laboratório, conforme observado na tabela 2.7.
Tabela 2.7: Altura e número de alunos.
Altura (em) Número de alunos
153 1
157 2
158 4
160 4
161 1
--·
162 5
163 3
165 2
168 2
170 3
171 _3
172 I
175 3
176 I
177 I
180 3
183 I
~·;.-:-..:: Total= 40
---
13
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As alturas dos alunos podem ser agrupadas por CLASSES, ou seja, por
intervalos de determinada AMPLITUDE (tamanho). A amplitude da classe será
representada por h. Por exemplo, caso seja feita a opção por h = 5 em, as alturas
podem ser agrupadas em 7 classes: de 150 em (inclusive) até 155 em
(exclusive), de 155 em (inclusive) até 160 em (exclusive), de 160 em (inclusive)
até 165 em (exclusive), e assim por diante, conforme mostrado na tabela 2.8.
Tabela 2.8: Classes de alturas
Classes de alturas (em) Número de alunos por classe
1501- 155 1
155 1- 160 6
160 1- 165 131651-170 4
1701-175 7
1751-180 5
1801- 185 4
Total= 40
O número de elementos (no caso, número de alunos) em dada classe i é
denominado de freqüência e representado por fi. De acordo com a tabela 2.8:
i =1 =>Classe 1 (150 em 1- 155 em)=> f1 = 1
i =2 =>Classe 2 (155 em 1- 160 em)=> f2 = 6
i =3 =>Classe 3 (160 em 1- 165 em)=> f3 = 13
i =4 =>Classe 4 (165 em 1- 170 em)=> f4 = 4
i =5 =>Classe 5 (170 em 1-175 em)=> f5 = 7
i =6 =>Classe 6 (175 em 1- 180 em)=> f6 = 5
i =7 =>Classe 7 (180 em 1- 185 em)=> f7 = 4
~'
,-.'-':,
·;ot: ••
~ .. -.
A soma das freqüências de todas as classes (no caso, desde i= 1 (classe 1) até
N=7 (classe 7)) deve resultar no número total n de elementos (40 alunos para o
exemplo em estudo):
N=7
n = I fi = fi + f2 + f3 + f4 + fs + f6 + f7 = 40
i=l
f
A freqüência relativa fri relacionada com uma classe i é dada por: f ri = _!._
n
Para a classe 1 da tabela 2.8, a freqüência relativa é:
frl = 1140 = 0,025
N
A soma de todas as freqüências relativas resulta em I, ou seja, L f ri = I.
i=l
A freqüência acumulada fai relacionada com uma classe i é dada pela soma das
frequências anteriores à classe i com a freqüência da classe i.
O ponto médio PMi de uma classe i é dado pela média aritmética dos extremos
da classe considerada. Por exemplo, o ponto médio da classe 1 da tabela 2.8 é:
PM1 =(!50+ 155)/2 = 152,5 em
Na tabela 2.9 estão apresentados os resultados advindos da aplicação das
definições anteriores para o caso em estudo.
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C)
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C)
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b) Gráficos:
Freqüência
5
4
3 ..
2 ··.
t ·.
60,0 65,0 70,0 75,0 80,0 85,0 90,0 Peso (kg)
Figura 2.3: Histograma: freqüências de classes de pesos:· ·
Freqüência
5
4
3
2
72,5 77,5 82,5 87,5 Peso (kg)
Figura 2.4: Polígono de freqüências de classes de pesos.
20
2. Na tabela a seguir estão apresentadas as velocidades médias (em kmlh) de
uma amostra constituída por 15 motoristas que utilizam diariamente
determinada rodovia.
73 80 87 88 83
87 75 83 77 88
83 82 87 75 77
...
Pedem-se:
a) construir uma tabela na qual constem: classes de velocidades (amplitude
igual a 4 km/h), freqüência, freqüência relativa, freqüência acumulada e
pontos médios dos intervalos;
b) construi~ o hi~togr~ma e o polígono de freqüências referentes à tabela do
item a.
a) São propostas N = 4 classes de velocidades (em kmlh), de amplitude igual
a4 kmlh.
Classes de- -Freqüência Freqüência Freqüência Ponto Médio
Velocidades Relativa Acumulada do
(kmlh) Intervalo (kmlh)
731-77 3 3/15 = 0,200 3 (73+77)/2 = 75
771-81 3 3/15 == 0,200 3+3 = 6 (77+81 )/2 = 79
811-85 4 4115 = 0,267 6+4 = 10 (81 +85)/2 = 83
851-89 5 5/15 = 0,333 10+5 = 15 (85+89)/2 = 87
N=4 N=4
I;;= 15 Lfn = 1
i=l i=l
~
14. r: .. . . -··~ ~· --··
21
...
b) Gráficos:
Freqüência
5
......... ,:-
4 . . .. ~·-. ,... .;,. -
3
2
_, ... ·
·"<,
73 77 81 85 89 Velocidade (kmlb)
Figura 2.5: Histograma: freqüências de classes de velocidades.
Freqüência
5
4
3
2
75 79 83 87 Velocidade (kmlh)
Figura 2.6: Polígono de freqüências de classes de velocidades.
22
3. A coordenação pedagógica de uma escola realizou um pesquisa com uma
amostra de 30 alunos, de 5 a 9 anos, na qual questionou-se o tempo médio (em
minutos) que as crianças assistiam programas televisivos diariamente. A tabela a
seguir indica as respostas fornecidas pelos responsáveis das crianças citadas.
30 40 20 90 60 25 60 90 60 30
60 20 90 60 60 110 30 100 60 90
60 40 90 25 60 60 60 25 90 60
Pedem-se:
a) construir uma tabela na qual constem: classes de tempos (amplitude de
20 min), freqüência, freqüência relativa, freqüência acumulada e pontos
médios dos intervalos;
b) construir o histograma e o polígono de freqüências referentes à tabela
do item a.
a) São propostas N = 5 classes de tempos (em min), de amplitude 20 min.
Classes de Freqüência Freqüência Freqüência Ponto Médio
Tempos Relativa Acumulada do Intervalo (min)
(min)
' 201-40 8 8/30 = 0,267 8 (20+40)/2 = 30 I
40 l-60 2 2/30 = 0,067 8+2 = 10 ( 40+60)/2 = 50 I
601-80 12 12/30 = 0,400 10+12 = 22 ( 60+80)/2 = 70
801-100 6 6/30 = 0,200 22+6 = 28 (80+ 1 00)/2 = 90
1001- 120 2 2/30 = 0,067 28+2 = 30 (100+120)/2 = 110
N=5 N=5 I .r= 3o Lfri = 1
i=l i=l
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b) Gráficos:
Freqüência
12
·.•,
10-
8
6
I I' ..
4
2
:I ··\.
20 40 60 80 100 120 Tempo (min)
Figura 2.7: Histograma: freqüências de classes de tempos.
Freqüência
12
lO
8
6
4
2
30 50 70 Tempo (min)
Figura 2.8: Polígono de freqüências de classes de tempos.
24
2.5. Exercícios Propostos.
1. Na tabela a seguir estão apresentados os pesos (em kg) de uma amostra
.constituída por 30 frequentadores de um clube esportivo.
52,5 68,5 64,4 87,2 73,0 83,5 67,9 92,3 66,4 82,3
88,4 55,6 86,7 89,3 72,0 66,3 69,3 77,0 79,2 84,5
92,4 55,0 67,8 93,4 55,8 95,4 96,7 58,4 75,4 72,3
Pedem-se:
a) construir uma tabela na qual constem: classes de pesos, freqüência,
freqüência relativa, freqüência acumulada e pontos médios dos intervalos;
b) construir o histograma e o polígono de freqüências referentes à tabela do
item a.
2. Na tabela a seguir estão apresentadas as velocidades médias (em km/h) de
uma amostra constituída por 48 motoristas que utilizam diariamente
determinada rodovia.
55 78 90 110 70 90 60 100 100 120 !lO 115
112 n- 70- 72 58 ·- 65 65 '6b . 80-,88 90 96
120 120 110 80 87 110 83 96 75 100 120 105
93 95 112 96 98 100 112 60 80 110 90 80
Pedem-se:
a) construir uma tabela na qual constem: classes de velocidades, freqüência,
freqüência relativa, freqüência acumulada e pontos médios dos intervalos;
b) construir o histograma e o polígono de freqüências referentes à tabela do
item a.
25
I
i
3. A coordenação pedagógica de uma escola realizou um pesquisa com uma
amostra de 40 alunos, de 5 a 1 O anos, na qual questionou-se o tempo médio (em
minutos) que as crianças assistiam programas televisivos diariamente. A tabela a
seguir indica as respostas fornecidas pelos responsáveis das crianças citadas.
35 45 30 90 60 80 60 90 60 30
75 20 90 60 80 110 30 100 130 90
60 50 90 110 60 60 60 130 90 60
!
I
I
120 110 130 60 135 50 45 150 170 70 .
Pedem-se:
a) construir uma tabela na qual constem: classes de tempos, freqüência,
freqüência relativa, freqüência acumulada e pontos médios dos
intervalos;
b) construir o histograma e o polígono de freqüências referentes à tabela
do item a.
26
Tarefa 2: Representações Gráficas.
Nome: ______________________________________________________ __
Número: Turma::-------------------------
Curso: Turno: ________ _
1. Na tabela a seguir estão apresentados os Índices de Massas Corporais (IMC)
de uma amostra constituída por 30 pacientes de um endocrinologista.
29,1 28,3 26,0 32,0 27,830,5 27,8 23,9 27,6 30,0
30,4 31,0 25,3 25,8 28,8 24,5 24,6 28,3 26,5 30,9 .
32,4 29,5 31,7 32,8 28,7 27,6 28,1 30,4 25,6 32,3 .
Pedem-se:
a) construir uma tabela na qual constem: classes de IMC, freqüência,
freqüência relativa, freqüência acumulada e pontos médios dos intervalos;
b) construir o histograma e o polígono de freqüências referentes à tabela do
item a.
Obs: O IMC de um indivíduo é obtido pela divisão do peso (em kg) pela altura
(em m) ao quadrado e o classifica segundo o critério abaixo:
IMC (kgJm-) Categoria
I
Até 18,5 Abaixo do peso
I
De 18,5 a 24,9 Peso normal I
De 25,0 a 29,9 Sobre-peso i
Maior ou igual a 30,0 Obesidade
27
-~· . .:.-
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28
2. Na tabela a seguir estão . apresentados os resultados de 20 medições da
espessura de uma peça (em mm), executadas com um micrômetro de precisão
igual a 0,01 mm.
2,2 2,3 2,2 2,5 2,4 2,5 2,8 2,1 2,6 2,5
2,4 2,5 2,3 2,8 2,8 2,5 2,6 2,3 2,5 2,9
Pedem-se:
a) construir uma tabela na qual constem: classes de espessuras (em mm),
freqüência, freqüência relativa, freqüência acumulada e pontos médios
dos intervalos;
b) construir o histograma e o polígono de freqüências referentes à tabela do
item a.
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x~ +~ F~
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30
Capítulo 3: Medidas de Tendência Central.
Muitas vezes, precisamos reduzir os dados a um único valor que represente toda
uma série em estudo. Usualmente, empregamos uma das medidas de tendência
central. Estudaremos três dessas medidas: média, moda e mediana.
3.1. Média Aritmética.
A média aritmética ( x) de um conjunto de dados é a soma dos dados
dividida pelo número de elementos do conjunto.
Se xi'x 2,x 3 , ... ,xn são os n valores de um conjunto de dados, podemos
escrever:
X= XI+ x2 +X]+ ... + xn
n
Exemplo: As alturas de 5 jogadores de um time de basquetebol são dadas a
seguir: 1,85 m, 1,90 m, 1,92 m, 1,89 me 1,94 m. Qual é a altura média desses
- .----- -. "--- -jogadores?
x = 1,85 + 1,90 + 1,92 + 1,89 + 1,94 = 1 90m 5 •
Caso os dados estejam dispostos em uma tabela de freqüências, podemos obter
x por:
n
_ LXi.~ x .f +x,.f, +x3.f3 + ... +xn.fn -_1 I I - -X= •----=
n n
31
~~- .. <V-.~ _, • .,. ,.,. ""~ --~ ~c-b ltlo<-7'"'-' ~'. .:,_,~ .. ,...,.. -i'"'-
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Exemplo: Foram medidas, em milímetros, as espessuras de 30 chapas
produzidas por uma máquina, obtendo-se a distribuição de freqüências mostrada
na tabela 3.1:
,.t•
Tabela 3.1: E de chapas
G tiiE . 6
57 I 2 g . .
·~i--
lt· I -::r-- X•' ;:_ ,%'cmcm
~I
(58""' 9J
59
60
61
62
Calcule a espessura média.
_ 1756 = S8,53mm X=w
xj
56
57
I 58 I
I I
. ! I 59 i
l
I 60 I
61 I i
62 1
Total J
5
:2/'5 I
u I
3
1
3o I
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4
~a -=-.l-5
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6 I 336
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3 I 18o
1 ~~
~ 3 1756
- . "-''·'"~ 32--~ .~
- -
--
• .J,•'.r.'
Caso os dados estejam fornecidos por classes de freqüências, utilizamos a
n ~
L:x;-f;/
fórmula ~ = J.=!.__ , sendo X; os pontos médios das classes.
n
Exemplo: Calcular a média da distribuição de freqüências indicada na tabela 3.2:
(\ Tabela 3.2: Distrib ·
(Y,L~~~ -
de fi
- - ---
'ncia
-
({=~~~0...
~-o..~O.O
~c..-..c~.A..&.w_
~-
f= ~c.Q_~.1w.
Resolução:
Classes
301-33
..-~=~
VÓ-Q_~
e+-- ( bt:ç. At.J
331-36
361-39
391-42
421-45
451-48
48t-51
Total
- 1239 = 41.3
x=3Q
.. ~ .........
Classes Freqüências
301-33 3
331-36 5
361-39 2
391-42 I 4
421-45 6
451-48 I 7 L i -481=5-1 ~-- 3- I
Ponto Médio Freqüências
do Intervalo
I 31,5 3 I
I 34,5 I 5 1 ...
I 37,5 2 i
I 40,5 4
I 43,5 i 6
I i ---
I 46,5 I 7 I I I
i 49,5 I 3
I
I
I i 30 I
-- ~-·~-.~33 =~- ~-~· -
X; .fi
94,5
172,5
75
162
261
325,5
148,5
1239
·y '"\.-
3.2. Mediana.
A mediana (md) é um valor que caracteriza o centro da distribuição de
freqüências. Generalizando, podemos dizer que a mediana divide um conjunto
ordenado de dados em duas partes com iguais quantidades de elementos.
A mediana é calculada levando em consideração a ordem dos valores que
formam o conjunto de dados.
Quando o conjunto de dados tiver uma quantidade ímpar de elementos, a
mediana é o elemento que estiver no centro da distribuição.
Exemplo: Para o conjunto de dados:t1_ 4{]), 9 e l!J a mediana é igual a 7.
Quando o número de dados tiver uma quantidade par de elementos, usamos
como mediana a média aritmética dos dados centrais.
hemph 2, 4, (Qj11 e 15, ' medirum é iguol ' 8, poi® 8.
Muitas vezes a mediana pode ser utilizada como uma alternativa em relação à
média.
3.3. Moda.
A moda (mo) é uma medida de tendência central, indicando a região das
máximas freqüências.
34
·' ...-; .. :;.~~. · .... ~.:...
A moda de um conjunto de dados é o valor (ou os valores) de mrunma
freqüência. Em alguns casos, pode haver mais de uma moda, ou seja, a
distribuição de valores pode ser bimodal, trimodal, etc.
Exemplo: Determine a moda para o conjunto de valores dados:
32 33 34 33 36 37 33 30 => mo=33
3.4. Exercícios Resolvidos.
I. Dada a tabela 3.5, mostrando a altura (em em) e o número de alunos, encontre
a média.
Tabela 3.5: Altura e número de alunos.
Altura (em) Número de
X; alunos
f,
!53 I
157 2
!58 4
160 ! 4
161 I
162 5
163 3
165 2
168 2
170 3
171 3
172 1
35
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.J
-~)
Resolução:
I
I
I
'
Altura (em)
X;
153
!57
!58
160
161
162
163
165
168
170
171
172
175
176
177
180
183
Total
175 3
176 1
177 1
180 3
183 1 .
Número de
alunos
fi
I
2
4
4
I
5
3
2
2
3
3
I
3
1
1
3
I
40
----
36
x;-fi
!53
314
632
640
161
810
489
330
336 I
__ 510 ___
513
172
525
176
177
540
183
6661
,. ~~- -~-
"5J;~;·
_ 6661 = 166,53cm X=4o
2. Para a tabela abaixo (tabela 3.6), encontre a média.Tabela 3.6: Classes de pesos (em kg).
Classes de Freqüência
Pesos (kg)
60,01-65,0 2
65,01-70,0 5
70,01-75,0 4
75,01-80,0 4
80,0 1-85,0 2
85,0 1-90,0 3
Resolução:
Classes de Freqüência Ponto Médio
Pesos (kg) do Intervalo (kg)
60,01-65,0 2 1 (60,0+65,0)/2 = 62,5
65,01-70,0 5 (65,0+70,0)/2 = 67,5
70,0 1-75,0 4 (70,0+75,0)/2 = 72,5
75,01-80,0 4 (75,0+80,0)/2 = 77,5
80,01-85,0 2 (80,0+85,0)/2 = 82,5
85,01-90,0 3 (85,0+90,0)/2 = 87,5
Total: 20
37
;:···,
x.f
I 1~ .. -
125
337,5
'
290
310
165
262,5
1490
_ 1490 = 74,5Kg
X= 20
3.5. Exercícios Propostos.
I. Calcule a média, a mediana e a moda dos seguintes conjuntos de dados:
a) 1112 1114 1125 1120 1114 1133 1129 1112 1114 j
Resposta: x = 119,22 md = 114 mo = 114
b) 1 23 · 1 22 1 21 1 20 1 23 1 24 1 22 1 25 1 20 1 23 1
Resposta: x = 22,3 md = 22,5 mo= 23
2. Calcule a média para as distribuições de freqüências indicadas nas tabelas 3.7
e 3.8:
a) Tabela 3. 7
X l_~
12 I 3
13 8
r
14 5
15 12
16 lO
17 7
18 5
Resposta: x = 15,18
38
b) Tabela 3.8
Classes Freqüências
41-12 6
121-20 12
201-28 7
281-36 8
361-44 20
441-52 12
521-60 13
601-68 10
681-76 12
Resposta: x = 42,72
39
C)\
(1}
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ct
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3,
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.
J
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3·1
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)
~)
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.... J
)
)
Tarefa 3: Medidas de Tendência Central.
Nome: ______________________________________________ ___
Número: Tunna: -------------
Curso: Turno: ____ _
L Em uma clínica endocrinológica foi observado o nível de colesterol, em mg/dl
(miligramas po_r decilitro de sangue) de 10 pacientes, conforme tabela abaixo:
1 154 1 215 1 170 1 200 1 180 1 186 1 150 1 160 -1 165 1 180 1
Pedem-se:
a) a moda.
b) a mediana.
c) a média aritmética.
Respostas: mo=l80 md = 175 x = 176
5JJ ..a . ,,,_ 'C!<
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. ,.. ·.J,"·'·.,, .. , .• ;o,
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. L. - ,.,,, -~'" ~ ' -···•_;
.) .. .. ....... ·- . . . . . -•. ·. ' ;,; ·--.·-·< -·. .
-·~- 40 41
)
2. Na tabela de distribuição de freqüência a seguir estão apresentadas as
espessuras (em mm) de 40 chapas de aço. Determine a espessura média.
Classes {mm) Quantidade de chapas
861-96 8
961-106 5
1061-116 lO
1161-126 6
1261-136 I
1361-146 5
1461-156 5
Resposta: x = 116,5 mm.
42
. ~~; ...... •.··
3. A tabela abaixo apresenta o salário mensal de 40 funcionários de uma
microempresa.
Salários mensais Número de
(em reais) funcionários
650 5
750 12
850 lO
950 8
1050 5
Qual é o salário médio dos funcionários desta empresa?
Resposta: 840 reais
43
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C)
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)
44
·:.m:~r( .. ·
Capítulo 4: Medidas de Dispersão.
As medidas de dispersão são utilizadas para indicar o quanto os dados
apresentam-se dispersos em torno da região central, ou seja, mostram o grau de
variação em um conjunto de dados .
As principais medidas de dispersão são: amplitude, variância, desvio-padrão e
coeficiente de variação.
4.1 Amplitude.
A amplitude é a diferença entre o maior e o menor valor de um conjunto de
dados.
O cálculo da amplitude é fácil e rápido, porém é uma medida de dispersão que
utiliza apenas dois valores, podendo ser considerada um "cálculo grosseiro", que
apresenta um valor aproximado da variação de uma distribuição.
Exemplo: Determine a amplitude do conjunto de dados:
I, 2, 5, 7, 7, 4, 5, 7, 9 e 3. ·-·
A amplitude é igual a 8, pois 9-1 =8
4.2. Variância ( s 2 ) •
A variância ( s') é uma medida de dispersão dos valores de uma variável em
torno de sua média .
AS.~.-~
·''
.. ~
I,.
Quando queremos calcular a variância para amostras recorremos às seguintes
fórmulas:
Variância Amostrai(;/)
Dados isolados Dados agrupados
n
ICxi -x)2 i:cxi- x)Z.fi
s2 = i=I s2 = i=l
n-1 n-1
Exemplo: Calcule a variância do conjunto de dados indicados a seguir.
1 2 r 4 1 7 1 9 1 ,, 1 15 1
X =8
s 2 = (2 -8) 2 + (4-8) 2 + (7 -8) 2 + (9-8) 2 + (11-8) 2 +(15-Sf = ~ =
22 4 6-1 5 ,
Exemplo: Determine a variância para a distribuição de freqüências dada na
tabela 4.1.
Tabela 4
• & • -- .... ~ ................ 'Y ..................... eqüência
x, (
56 6
57 2
58 9
59 5
60 3
61 1
62 4
total 30
46
·~-~.,.~
Resolução:
x,
56
57
58
59
60
61
62
total
x = 1756 =58,53
30
f,
6
2
9
5
3
I
4
30
2 107,46 = 107,46 =3,7lmm2
s = 30 -I 29
4.3. Desvio-padrão (s).
xJi (xi - x)2 .fi
336 (56- 58,53)2 .6 = 38,41
114 (57- 58,5W .2 = 4,68
522 (58- 58,5W .9 = 2,53
295 (59- 58,53) 2 .5 = 1,1 o
180 (6ü-58,5W.3 = 6,48
61 (6I-58,5W.l = 6,Io
248 (62- 58,53) 2 .4 = 48,16
1756 107,46
Desvio padrão (s) é a raiz quadrada positiva da variância.
Desvio Padrão Amostrai (s)
Dados isolados Dados agrupados
n
I<xi -x)2
n
I ex i - x)2 .ri
s =~ i=l
n-1
s =~i=!
n-1
Para os dados do exemplo anterior, temos: s = .J3Jl = 1,93 mm
47
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C)
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()
()
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l
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4.4. Coeficiente de Variação (cv).
Coeficiente de variação (cv) é o quociente entre o desvio-padrão e a média.
s
CV==
X
Exemplo: Determine o coeficiente de variação do exemplo anterior.
CV= 1•93 =003=3%
58,53 ,
4.5. Exercícios Resolvidos.
1. Para a tabela abaixo (tabela 4.2), determine a variância e o desvio-padrão.
Tabela 4.2: Altura e número de alunos.
Número de
Altura (em) alunos
X; f,
155 5
156 3
158 5
160 8
162 5
164 8
168 4
170 2
48
Resolução:
Altura
(em)
X;
155
156
158
160
162
164
168
170
Total
_ 6447 = 161,18cm X=4o
Número
de alunos
f;
5
3
5
8
5
8
. -
4
2
40
2
_ 741,77 =19,02cm 2
s - 39
s = ~19,02 = 4,36 em
xJi (xi - x) 2 .fi
775 (155 -161,18) 2 .5 = 190,96
468 (156 -161,1W J = 8o,5o
790 (158 -161,18) 2 .5 = 50,56
1280 (160-161,18) 2 .8 = 11,14
810 (162 -161,18)2 .5 = 3,36
1312 (164 -161,18) 2 .8 = 63,62
, •..
- -
672 (168-161.18) 2 .4 = 186,05
340 (170-161,18) 2.2 = 155,58
6447 741,77
2. Na tabela a seguir (tabela 4.3) estão apresentados os pesos (em kg) de uma
amostra constituída por 20 freqüentadores de um clube esportivo. Determine o
desvio padrão e coeficiente de variação.
49
_:.-·
Tabela 4.3. Classes de freqüências de pesos.
Classes de Freqüência
Pesos (kg) f,
60,0 1-65,0 I
:-: ~J
65,01-70,0 5
70,01-75,0 4
75,01-80,0 4
80,01-85,0 3
85,0 1-90,03
Resolução:
Classes de Pesos (kg) Freqüência Ponto Médio
( x, X; .f; (x, -:;(/.f;
60,01-65,0 1 62,5 62,5 (62,5-75,5) 2 .1=169. I
65,01-70,0 5 67,5 337,5 (67,5 -75,5) 2 .5 = 320
I
70,0 1-75,0 4 72,5 I 290 (72,5- 75,5)" .4 = 36
75,0 1-80,0 4 77,5 310 (77,5- 75,5) 2 .4 = 16
80,01-85,0 3 82,5 247,5 (82,5 -75,5)2 .3 = 147
85,01-90,0 3 87,5 262,5 (87,5 -75,5) 2 .3 = 432
Total: 20 1510 1120 .
- ---
- 1510 = 75 5kg X=: - ,
20
50
·f·~-
s2 =
1120
=58 95 kg2 19 ,
s = .../58,95 = 7,68kg
CV = 7 •68 = O I O 17 = 1 O 17% 75,5 , ,
4.6. Exercícios Propostos.
1. Calcule o desvio padrão e o coeficiente de variação para as tabelas 4.4 e 4.5.
a) Tabela 4.4 b) Tabela 4.5
x, f, Classes Freqüências
12 3 41-12 6
13 8 121-20 12
14 5 I 201-28 7
15 12 281-36 8
16 10 361-44 20
17 7 441-52 12
18 5
------ I 521-60
13
601-68 lO
681-76 12
Respostas: a) s=l,72 CV=11,33% b)s=l9,27 CV=45,11%
2. A seguir são dadas as alturas (em em) de 8 atletas. Determine o coeficiente
de variação.
111s II8o I 192 I 1so I 19o 1179 I 1so I 191 I
Resposta: CV=3,3%
51
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I ·" L.:;.l)
I \)
I)
I )
I)
3. O gerente de uma loja de equipamentos eletrônicos pesquisou o preço de um
determinado equipamento em 12 fabricantes obtendo-se os seguintes valores
unitários em reais.
1120 1110 l1oo 198 1125 l11s 195 \98 · l11o 1120 1n2 1120 I
Determine:
a) o preço médio do equipamento.
b) a variância.
Resposta: ~ = 110,25reais e s2 = 106,02reais2
4. Calcule a média e o desvio-padrão para a seguinte distribuição de freqüências
agrupadas de notas de exames de Física em uma turma de 25 estudantes .
Intervalos de Número de
Classe Estudantes
41-5 5
51-6 8
61-7 4
71-8 I
81-9 5
91-10 2
,1) i) - -Resposta;.)(= 6,46 s= 1 ,67
)
f)
Js
)
)
")
~}~·))
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i\ ~~ ._,,
1'1
()
5. A tabela a seguir mostra o consumo mensal de água (em m3) de uma
residência.
a) calcule a média de consumo mensal em m3 .
b) calcule o coeficiente de variação.
Resposta: x = 31,08 e CV=27,93%
52
: .. ;.;;. .... _ ~'··
Tarefa 4: Medidas de Dispersão.
Nome: ____________________ _
Número: Turma:
----------
Curso: Turno: ________ _
1. Em uma clínica endocrinológica foi observado o nível de colesterol, em mg/dl
(miligramas por decilitro de sangue) de 10 pacientes, conforme tabela abaixo:
1 154 1 215 1 110 1 200 1 180 1 186 1 150 1 160 1 165 1 180 1
Pedem-se:
a) o desvio-padrão.
b) coeficiente de correlação.
Respostas: a) s=20,55 mg/dl b) CV=l'1,68 ·
53
1-·;
2. Na tabela de distribuição de freqüência a seguir estão apresentadas as
espessuras (em mm) de 40 chapas de aço. Determine:
a) o desvio padrão e o coeficiente de variação.
b) histograma.
Classes (mm) Quantidade de chapas
861-96 8
961-106 5
1061-116 10
1161-126 6 I
1261-136 I
1361-146 5
1461-156 5
'- -----
Respostas: s=20,25mm e CV= 17,38%
54
.. ·~-- ... ~\:-
":"f"
Capítulo 5: Probabilidades
5.1. Conceitos Básicos.
Em uma experiência aleatória, isto é, sujeita às leis do acaso, dizemos que:
Ponto Amostrai é qualquer um dos resultados possíveis.
Exemplo: Em um lançamento de uma moeda, podemos obter o ponto amostrai
cara ou o ponto amostrai coroa.
Espaço Amostrai (S) é o conjunto de todos os resultados possíveis.
Exemplos:
a) No lançamento de uma moeda honesta temos: S1={cara, coroa}
b) No lançamento de um dado de 6 faces temos: S2={1,2,3,4,5,6}
O número de elementos do espaço amostrai é dado por n(S). No exemplo
temos n(S 1)=2 e no exemplo 2 temos n(S2)=6.
Evento (representado por uma letra maiúscula) é qualquer subconjunto de
um espaço amostrai.
Por exemplo, no lançamento de um dado honesto de 6 faces, podemos ter os
eventos:
55
-
H• ":c'" :
ta:
• 1t
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Jt:
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11111.-; ~ I
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~
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3
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@
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)
J
E: sair ponto par.
E={2,4,6} n(E)=3
F: sair ponto menor ou igual a 4.
F={l,2,3,4} n(F)=4
Dentre os eventos, devemos considerar os seguintes: S, considerado evento
certo, pois sempre ocorre e ~, considerado evento impossível, pois nunca·
ocorre.
5.2. Operações com Eventos.
As operações entre conjuntos podem ser aplicadas aos eventos.
1. Evento união (Eu F) é o evento formado pelos elementos que pertencem a
pelo menos um dos eventos considerados.
s
Eu F
Exemplo:
No lançamento de um dado honesto, temos os eventos:
E: sair ponto par
"~56~--
~- :-: ...... '
E={2,4,6}
F: sair ponto menor ou igual a 4.
F= { 1 ,2,3,4}
Eu F={l,2,3,4,6}
2. Evento intersecção (E n F) é o evento formado pelos elementos
pertencentes a ambos os eventos considerados.
E F
s
EnF
Exemplo: E n F= {2,4}
3. Evento complementar (E) é o evento formado pelos elementos que não
pertencem ao evento E.
E
57
. ..._-.
-.. _ ~
Exemplo:
E: sair ponto par
E={2,4,6}
E ={1,3,5}
5.3. Conceito de Probabilidade.
A probabilidade P(E) de ocorrer um evento E é o quociente do número de
elementos de E pelo número de elementos de S, onde S "# ~.
Exemplos:
P(E) = n(E)
n(S)
a) No lançamento de um dado honesto de 6 faces, qual a probabilidade de
ocorrer ponto par?
S={l,2,3,4,5,6} n(S)=6
E={2,4,6} n(E)=3
3 I P(E)=-=-
6 2
b) Em um baralho comum de 52 cartas, qual a probabilidade de se retirar uma
carta de paus?
Em um baralho comum de 52 cartas temos 13 cartas de paus. Considerando F
como sendo o evento sair carta de paus, então: n(S)=52 e n(F)= 13
58
.. ''" .... ··~ \'!";:.~
13 1
P(F) =52 =4
5.4. Propriedades.
• O:::; P(E):::; 1
• P(S)=1 (evento certo)
• P( ~)=O (evento impossível)
• Se E é o evento complementar de E, então: P(E) = 1- P(E).
• Se E e F são dois eventos de um espaço amostrai S, finito e não vazio,
então:
P(E u F)= P(E) + P(F)- P(E n F)
• Se E n F = ~, então E e F são chamados eventos mutuamente exclusivos
e:
P(E u F)= P(E) + P(F)
• Se os eventos E, F, G, ... R de S forem, dois a dois, sempre mutuamente
exclusivos, são chamados exaustivos se Eu F u ... u R =S. Assim sendo
temos: P(E) + P(F) + ... + P(R) =I
5.5. Probabilidade Condicionada.
Considerando dois eventos E e F de um espaço amostrai S, sendo S"' $ e
finito, a probabilidade de F condicionada a E é a probabilidade de ocorrer
F sabendo que já ocorreu E: P(F /E)= n(E 11 F)
n(E)
59
(]J
~
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9
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)
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)
)
)
)
)
)
)
}
Exemplo: Retirando-se uma carta de um baralho de 52 cartas, qual é a
probabilidade de retirar-se um rei, sabendo que a carta é de espadas?
E: sair carta de espadas n(E)= 13
F: sair rei n(F)=4
E n F : sair rei de espadas n(E n F)= I
P(F /E)=_!_
13
5.6. Eventos Independentes.
Dois eventos E e F são independentes se e somente se: P(E I F) = P(E)
P(F I E)= P(F)
Se E e F são eventos independentes temos P(E n F)= P(E).P(F)
Exemplo: Se P(E)=0,3 e P(Eu F)=0,8, determine P(F)sabendo que E e F são
independentes.
P(F)= X
Se E e F são eventos independentes então P(E n F)= P(E).P(F) = 0,3.x
P(E u F)= P(E) + P(F)- P(E n F)
0,8 = 0,3 + x- 0,3x
0,5 = 0,7x
0.5
x=-
0,7
5
X=-
7
60
'.~ ·.:,: .J ,;.~:;!~
5.7. Exercícios Resolvidos.
1. Uma caixa contém 15 bolas numeradas de I a 15. Extraindo-se uma bola ao
acaso, qual a probabilidade de que o número seja:
a) par;
b) ímpar;
c) menor ou igual a 8;
d) múltiplo de 3.
Resolução:
S= {1,2,3,4,5,6, 7,8,9, 10, 11, 12, 13, 14, 15}
E: sair número par E= {2, 4, 6, 8, 10, 12, 14}
n(s)=l5
n(E)=7
F: sair número ímpar F= {1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15} n(F)=8
G: sair número menor ou igual a 8 G= { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8} n(G)=8
H: sair número múltiplo de 3
a) P(E) = }_
15
8
b) P(F) = 15
c) P(G)=~
15
5 1
d) P(H) = 15 = 3
H= {3, 6, 9, 12, 15} n(H)=5
61
2. Uma empresa fabrica peças em três filiais: I, II e III. A filial I produz 35% das
peças, a filial II 25% das peças e a filial III 40% das peças. As probabilidades de
que uma peça produzida por uma dessas filiais sejam defeituosas são 5%, 12% e
3% respectivamente. É escolhida uma peça ao acaso da produção dessa empresa.
Determine:
a) a probabilidade de a peça ser defeituosa;
b) Se ela é defeituosa, qual é a probabilidade de ter sido fabricada na filial II?
Resolução:
D: peça defeituosa
a) P(D)= P(I).P(D/I)+P(II).P(DIII)+P(III).P(D/III)
P(D)=0,35.0,05+0,25.0, 12+0,40.0,03= 0,0595
b) P(II/D P(II).P(DIII)
) P(l).P(D/1) + P(IJ).P(D!II) + P(III).P(D/III)
P(II/D) 0,25.0, 12 =~=O 5042
0,35.0,05 + 0,25.0, 12 + 0,40.0,03 0,0595 ,
5.8. Exercícios Propostos.
1. No lançamento de 4 moedas honestas, encontre o espaço amostrai S e
determine:
a) E: sair 4 faces iguais.
b) F: sair 2 faces caras.
c) G: sair cara na primeira moeda.
d) H: sair coroa na última moeda.
e) EuF
62
·- . ~~: . ... ~ ......
-<- -; ~~~::.
f)FnG
g) (FuG)nH
h) H
2. Retirando-se uma carta de um baralho comum de 52 cartas, qual a
probabilidade de sair rei ou cana de copas?
4
Resposta:-
13
3. Três máquinas A, B e C produzem, respectivamente, 25%, 40% e 35% da
produção diária de uma empresa de autopeças. Sabe-se, por experiências
anteriores, que as porcentagens de autopeças defeituosas produzidas em cada
máquina são de 5%, 2,5% e 4%. Retirando-se uma autopeça da produção diária
desta empresa, foi verificado que era defeituosa, qual a probabilidade da
autopeça ter sido fabricada pela máquina C?
Resposta: 0,3836
4. A probabilidade de um casal ter um filho do sexo masculino é _!_. Qual é a
4
probabilidade do casal ter dois filhos de sexos opostos?
3 Resposta: -
8
63
:· ~· , ..
J
(I
~
~
J
J
J
l
J
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l
J
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J
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J
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)
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~i)
~ ') ~ t
,, i)
)
5.9. Distribuições de Probabilidade.
5.9.1. Definições.
Variável aleatória ( xJ: representa um valor numérico associado a cada um dos
resultados de um experimento probabilístico.
Variável aleatória discreta: quando os possíveis resultados da variável formam
um conjunto enumerável de valores.
Variável aleatória contínua: quando os possíveis resultados de um experimento
são representados pelos infinitos valores de um intervalo contínuo.
· Função de Probabilidade é uma função que associa a cada valor assumido pela
variável aleatória a probabilidade do evento correspondente.
Distribuição Discreta de Probabilidade: a cada valor de uma variável aleatória
discreta poderá ser atribuída uma probabilidade. o conjunto formado por cada I
,, valor da variável aleatória com a sua probabilidade.
~ .•. Para uma distribuição de probabilidade temos:
I) O:o;P(x):o;l
II)LP(x)=l
64
·:.1- \~
l ~ ..
:i·= • .I!.
of'd:
........... ~-
•• ! C:J'
Exemplo: A tabela abaixo representa o número de computado~es por família em
uma determinada região.
Tabela 5.1: Número de computadores por família.
Número de Número de
computadores famílias
o 13
1 35
2 12
3 25
4 15
Total 100
Construindo uma distribuição de probabilidade para a situação acima obtemos:
I- xi • P(x.)
I
o 0,13
1 0,35
2 0,12
3 0,25
4 0,15
__..........._.--
Total 1
65
66
. ~~: .. ' ....... .,.: ... ' <·"
Tarefa 5: Probabilidades.
Nome: ____________________________________________ ___
Número: Turma: _________ _
Curso: Turno: _______ _
l. Se P(A)=0,25 e P( A u B) =0,85 determine P(B) sabendo que os eventos são:
a) mutuamente exclusivos.
b) independentes.
Respostas: a) 0,6 b) 0,8
2. As probabilidades de três jogadores marcarem um gol cobrando um pênalti
- . I lI Sb d d. d b ' , . sao, respectivamente, -,-e-. a en o que ca a JOga or atera um um co
3 4 5
pênalti, qual a probabilidade de todos errarem?
Resposta: 40%
67
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~
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.)
3. A tabela abaixo mostra a disponibilidade de doadores em um banco de sangue
de um hospital.
Tabela 5.2: Tipos sanguíneos e quantidades disponíveis.
Fator Rh Tipo Sanguíneo
A 8 AB o Total
Rh
positivo 15 8 7 10 40
Rh
negativo 16 24 8 12 60
Total 31 32 15 22 100
Selecionando um doador ao acaso, determine:
a) a probabilidade de o doador ter tipo sanguíneo AB ou A.
b) a probabilidade de o doador ter tipo sanguíneo O ou ser Rh positivo.
Respostas: a) 0,46 b) 0,52
68
·:;. .. ·: ..
I
''11>~ .. ··.~...,; ......
. .y.
Capítulo 6: Distribuição Binomial e Distribuição de
6.1 - Distribuição Binomial.
Muitos problemas em Estatística envolvem situações onde um experimento com
dois resultados possíveis é repetido várias vezes, sempre em condições idênticas.
Cada vez que o experimento é realizado, dizemos que ocorreu uma repetição ou
realização do mesmo. Alguns exemplos dessas situações são:
• Nascimentos- existem apenas duas possibilidades, o nascimento de
uma criança do sexo masculino ou do sexo feminino;
• Processos de fabricação - produtos sendo verificados como
aceitáveis ou defeituosos;
• Medicina - nova droga sendo testada em pacientes, podendo ser
efetiva ou não efetiva;
• Comércio - um vendedor atende vários clientes durante uma
semana, para cada um uma venda ocorre ou não ocorre.
Todas as situações acima exibem uma característica de dualidade que
caracterizam um experimento binomial. A seguinte definição pode ser dada:
Experimento binomial é um experimento que satisfaz os seguintes
requisitos:
1. O experimento deve ter um número fixo de repetições.
2. As repetições devem ser independentes.
3. Cada repetição deve ter um resultado classificado em apenas duas
categorias.
4. A probabilidade deve permanecer constante em cada repetição.
69 c •.
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Esta definição indica que, em um experimento binomial, temos um número fixo
de repetições independentes, nas quais cada resultado tem somente duas
classificações. O termo independente significa que o resultado de uma repetição
ou realização do experimento não afetará as probabilidades dos resultados em
repetições subseqüentes.
Em Estatística é uma prática comum tratar eventos como independentes quando
amostras pequenas são retiradas de grandes populações. Uma orientação comumé assumir independência quando o tamanho da amostra for no máximo 5% do
tamanho da população.
Notação:
Sucesso ou falha (s ou f, respectivamente) indicam as duas categorias de todos
os resultados; p e q indicam as probabilidades de sucesso(s) e de falha(f),
respectivamente, ou seja:
Onde:
P(s) = p
P(f)=l-p=q
p indica a probabilidade de sucesso:
q indica a probabilidade de falha.
70
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6.2. Exemplo de Aplicação da Distribuição Binomial.
Sabe-se que uma máquina utilizada para a fabricação de parafusos produz 95%
de peças dentro das dimensões padronizadas. Suponha que quatro parafusos
sejam escolhidos aleatoriamente. Qual a probabilidade de que exatamente dois
deles atendam às especificações?
Solução:
a) Cada repetição consiste em verificar se o parafuso está com as dimensões
dentro das especificadas. Há dois possíveis resultados para cada repetição:
dentro (conforme) e fora (não conforme). As repetições são independentes.
Se chamarmos de sucesso um parafuso com as dimensões dentro das
especificadas, então a probabilidade de sucesso é p = 0,95 (95%).
b) Os possíveis resultados das quatro repetições estão mostrados na tabela
abaixo.
ssss sfss ffss stff
ffff fsss sfsf fstf
sssf ssff fsfs ffsf
ssfs sffs fssf fffs
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Por exemplo, sssf representa o resultado de que os primeiros três parafusos estão
dentro das medidas e de que o último não está.
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c) Como pode ser visto na tabela acima, existem 16 possíveis resultados e a
probabilidade de ocorrência de cada um pode ser calculada aplicando a regra
especial da multiplicação, uma vez que as repetições são independentes. A
probabilidade de sucesso é 0,95 e, portanto; a probabilidade de falha é 0,05.
Isto significa que:
P(s) = p = 0,95 e P(f) = q = l~p = 1-0,95 = 0,05
Logo, o cálculo da probabilidade de ocorrerem exatamente dois sucessos é dado
pela regra especial da multiplicação:
P(ssff) = P(s). P(s). P(f). P(f) = 0,95. 0,95. 0,05. 0,05 = 0,002256
Se indicarmos a probabilidade de sucesso por p e a probabilidade de fracasso
por q, como definido na notação, o produto acima seria escrito como:
P(ssff) = p . p . q . q
Entretanto, este não é o único resultado aceitáveL A tabela do item (b) mostra
que outros resultados são possíveis. Existem 6 maneiras de obtermos 2 sucessos
entre os 4 parafusos escolhidos aleatoriamente, e é fácil perceber que cada uma
dessas maneiras terá uma probabilidade de 0,002256 de ocorrer. Assim, a
probabilidade total será dada pela regra especial da adição: .
P(x=2) = P(ssff) + P(ffss) + P(sfsf) + P(fsfs) + P(sffs) + P(fssf) =
= 0,002256 + 0,002256 + 0,002256 + 0,002256 + 0,002256 + 0,002256 =
= 6. 0,002256 = 0,013536
72
Este exemplo mostrou que em muitas situações estamos interessados no número
de sucessos em um experimento binomial. Se indicarmos o número total de
sucessos por x, então x é uma variável aleatória cujos possíveis valores seriam O,
I, 2, 3, 4. Usando a notação de variável aleatória para representar eventos e
probabilidades, o evento "exatamente dois parafusos dos quatro estejam dentro
da especificação" pode ser escrito como "{x = 2} ". A probabilidade calculada
no exemplo poderia ser indicada como P(x=2) = 0,013536 ou, simplesmente,
P(2) = 0,013536 .
O exemplo foi resolvido listando-se todas as possibilidades de resultados do
experimento. Entretanto, se em vez de quatro parafusos tivéssemos vinte, este
modo de resolução não seria viáveL Necessitamos de uma fórmula para definir
uma distribuição binomial e que permita obter a probabilidade de ocorrer um
número de sucessos x dentre n repetições do experimento. O fato importante,
mostrado abaixo, nos dá o número de resultados possíveis com x sucessos.
6.3. Simplificação.
Suponha que n repetições sejam realizadas em um experimento binomial. O
número - de .. resultados- com- exatamente-x-sucessos-é- igual- ao· coeficiente
binomial:
[:]
Na parte (b) do exemplo, encontramos seis resultados possíveis nos quais
exatamente dois dos quatro parafusos estão de acordo com a especificação:
ssff, sfsf, sffs, fssf, fsfs e ffss. Em outras palavras, o evento de exatamente dois
sucessos (x=2) em quatro repetições (n=4) consiste de seis resultados.
73
Usando o fato importante, podemos determinar este valor sem a necessidade de
listar todos eles.
[n] = [4] = 4! 4.3.2! = 6 X 2 2!.(4- 2)! 2!.2!
6.4. Fór"mula para o Cálculo da Distribuição de Probabilidades da Variável
x.
Suponha que n repetições independentes sejam realizadas e que a probabilidade
de sucesso em qualquer repetição seja p. Seja x o número total de sucessos
dentre as n repetições. Então a distribuição de probabilidade da variável x é dada
pela fórmula:
P(x) = [: Jp' .(1- p)"-x
A variável aleatória x é chamada variável aleatória binomial e apresenta
distribuição binomial com parâmetros n e p.
Para determinar a fórmula da distribuição binomial em problemas específicos, é
útil ter um procedimento bem organizado. Tal procedimento é apresentado
abaixo.
74
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Como determinar uma distribuição binomial: .
Hipóteses:
I. n idênticas repetições são realizadas.
2. Existem dois possíveis resultados (sucesso ou falha) para cada repetição.
3. As repetições são independentes.
4. A probabilidade de sucesso, p, permanece a mesma em cada repetição.
Passo 1 - Identifique um sucesso.
Passo 2 - Determine p, a probabilidade de sucesso.
Passo 3 - Determine n, o número de repetições.
Passo 4 - Substitua os valores na fórmula.
P(x) = C)px (1-p y-x
6.5. Exercícios Resolvidos: Distribuição Binomial.
I) Um estudo de uma companhia telefônica em uma certa cidade mostrou que a
duração média de uma chamada telefônica residencial é de 3,8 minutos e que a
probabilidade de uma chamada telefônica, selecionada de maneira aleatória,
com duração superior a 3,8 minutos é de 0,25. Qual é a probabilidade de que
entre três chamadas aleatoriamente selecionadas,
a) exatamente duas durem mais que 3,8 minutos?
b) nenhuma dure mais que 3,8 minutos?
75
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Solução:
Seja x o número de chamadas, dentre as três selecionadaS, que duram mais que
3,8 minutos. Para encontrar as probabilidades pedidas, aplicaremos o
procedimento anteriormente sugerido .
Passo 1 -Identifique um sucesso.
Um sucesso será uma chamada que durar mais que 3,8 minutos.
Passo 2 - Determine p, a probabilidade de sucesso.
A probabilidade p de uma chamada durar mais que 3,8 minutos é igual a 0,25.
Assim, p=0,25.
Passo 3 - Determine n, o número de repetições.
Neste caso, o número de repetições é o número de chamadas selecionadas. Logo
n=3.
Passo 4 -A fórmula da distribuição binomial para o número de sucessos x, será
P(x) =(~).0.25'.0,75 3-' _Tendo completado o procedimento. podemos responder às perguntas
formuladas.
a) A probabilidade de exatamente duas durarem mais que 3,8 minutos é obtida
fazendo x=2:
(3) 2 1 P(2)= 2 .0,25 .0,75 =0,141
76
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A probabilidade de que duas das três chamadas selecionadas durem mais que 3,8
minutos é de 14,1 %.
b) A probabilidade de que nenhuma das três chamadas dure mais que 3,8
minutos é obtida fazendo x=O:
(3) o ) P(2) = O .0,25 .0, 75 = 0,422
Existe 42,2% de chance de que nenhuma das três chamadas selecionadas dure
mais que 3,8 minutos.
2) A probabilidade do pouso de um avião ser bem-sucedido usando um
simulador de vôo é dada por 0,70. Seis estudantes de pilotagem, escolhidos
aleatória e independentemente. são convidados a tentar voar no avião, usando o
simulador. Qual é a probabilidade de dois dos seis estudantes pousarem com
sucesso o avião, usando o simulador?
Solução:
Seja x o número de estudantes que realizaram o pouso com sucesso, dentre os
seis selecionados.
Passo I - Identifique um sucesso
Uin sucesso será um estudante que realiza um pouso bem-sucedido.
Passo 2 - Determine p, a probabilidade de sucesso.
~77
A probabilidade p, de um pouso ser bem-sucedido é 0,70. Assim, p = 0,70.
Passo 3 - Determine n, o número de repetições.
O número de repetições é o número estudantes convidados. Logo n = 6.
Passo 4 - A fórmula da distribuição binomial para o número de sucessos x, será:
(6) x 6-x P(x) = x .0,70 .0,30
Tendo completado o procedimento, podemos responder~ pergunta formulada.
A probabilidade de exatamente dois estudantes pousarem com sucesso usando o
simulador é, fazendo-se x=2:
(6J 2 4 P(x)= 2 .0,70 .0,30 =0,0595
Existe 5,95% de probabilidade de que dois estudantes consigam realizar o pouso
com sucesso.
6.6. Exercícios Propostos: Distribuição Binomial.
I) Se 20% dos parafusos prod\)zidos por uma máquina são defeituosos,
determinar a probabilidade de, entre 4 parafusos escolhidos ao acaso:
a) um ser defeituoso;
b) nenhum ser defeituoso;
c) no máximo dois serem defeituc::;os.
Respostas: a) 0,4096 b) 0,4096 c) 0,9728
78
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2) Devido às altas taxas de juros, uma empresa informa que 30% de suas
contas a receber de outras ftrmas comerciais encontram-se vencidas. Se
um contador escolhe, aleatoriamente, uma amostra de 5 contas,
determinar a probabilidade de cada um dos seguintes eventos, usando a
fórmula de probabilidades binomiais:
a) Nenhuma das contas está vencida.
b) Exatamente duas contas estão vencidas.
c) A maioria das contas está vencida.
Respostas: a) 0,16807 b) 0,3087 c) 0,16308
3) Lotes, que consistem em 50 eixos provenientes de um processo de
produção, são verificados em relação à conformidade às exigências dos
consumidores. O número médio de eixos não conformes em um lote é
igual a 5. Suponha que o número de eixos não conformes em um lote,
denotado como X, seja uma variável aleatória binomial.
a) Qual é P(X :S 2)?
b) Qual é P(X 2: 49)?
Respostas: a) O, 1117 b) o
4) Entre 800 famílias com 5 crianças cada uma, qual a expectativa de terem
(considerar probabilidades iguais para meninos e meninas):
a) Três meninos.
b) Cinco meninas.
c) Dois ou três meninos.
Respostas: a) 250 b) 25 c) 500
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5) Um vendedor de seguros vende apólices a 5 homens, todos da mesma
idade e boa saúde. De acordo com dados estatísticos, a probabilidade de um
homem, dessa idade, estar vivo daqui a 30 anos é de 2/3. Determinar a
probabilidade de ainda estarem vivos daqui a 30 anos:
a) Todos os 5 homens.
b) Pelo menos 3 deles.
c). Apenas 2 homens.
d) Pelo menos um.
Respostas: a) 0,1317 b)0,7901 c)0,1646 d)0,9959
6) Um vendedor de carros novos sabe, de experiência passada, que, na
média, ele faz uma venda para cerca de 20% de seus clientes. Qual é a
probabilidade de que em cinco clientes aleatoriamente selecionados, ele fará
uma venda:
a) Para exatamente três clientes?
b) Para no máximo um cliente?
c) Para no mínimo um cliente?
Respostas: a) 0,051 b) 0,738 c) 0,672
7) Suponha que somente I em 10 pessoas não -está satisfeita com seuplano .....
de saúde. Se 15 pessoas são selecionadas ao acaso, qual é a probabilidade de
que o número de pessoas descontentes com seu plano de saúde seja:
a) Exatamente duas?
b) No máximo duas?
c) No mínimo duas?
d) Entre uma e três?
Respostas: a) 0,267 b) 0,816 c) 0,451 d) 0,739
- '80
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6.7. Distribuição de Poisson.
A distribuição de Poisson é uma distribuição de probabilidades para eventos que
ocorrem em um intervalo de tempo ou de espaço. É uma distribuição semelhante
à binomial, exceto pelo fato de que os eventos ocorrem em tentativas fixadas,
por exemplo: número de falhas que ocorrem em um processo industrial em cada
lote produzido ou a quantidade de mensagens que chegam por hora no servidor
de uma rede de computadores.
Distribuição de Poisson: Considere que eventos ocorram ao acaso, ao longo de
um intervalo. Um experimento aleatório é denominado Processo de Poisson se
o intervalo puder ser dividido em subintervalos com comprimentos
suficientemente pequenos tal que:
1 -a probabilidade de contagens diferentes em um subintervalo seja zero,
2 - a probabilidade de uma contagem em Um subintervalo seja a mesma para
todos os subintervalos e proporcional ao comprimento destes e
3 -a contagem em cada subintervalo seja independente de outros subintervalos.
Se o número médio de contagens no intervalo for À > O, a variável aleatória X,
que é igual ao número de contagens no intervalo, terá uma distribuição de
Poisson, com parâmetro À .
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Fórmula para o cálculo da distribuição de probabilidade da variável x:
P (x) = ')..:-e-).
X!
Onde:
À : número médio de sucesso para uma específica dimensão de tempo ou espaço.
e: núm~ro de Néper, aproximadamente 2,7183.
Determinação de uma Distribuição de Poisson:
Passo 1 - Identifique a variável aleatória x, que é igual ao número de sucessos
no intervalo.
Passo 2 - Determine o número médio (À) de sucessos para uma específica
dimensão de tempo ou espaço.
Passo3 - Substitua os valores na fórmula:
p (x) = À x-e-;,
X'
6.8. Exemplo de Aplicação da Distribuição de Poisson.
Uma equipe de manutenção atende em média cinco chamadas por hora.
Determinar a probabilidade de que, em uma hora selecionada aleatoriamente,
sejam recebidas exatamente quatro chamadas.
Passo 1 -Identificar a variável aleatória: x = 4.
82
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Passo 2 - Determinar o número médio (,1.) de sucessos para uma específica
dimensão de tempo ou espaço: À= 5.
Passo 3- Aplicar a fórmula:
P(x)= "A'-e-1.
X!
P (4) =5
4
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4! ,
6.9. Exercícios Resolvidos: Distribuição de Poisson.
1) Suponha que o número médio de acidentes com fogos de artificio ocorridos
por ano, em uma cidade é de 5 por I 00.000 pessoas. Determinar a probabilidade
de, em uma cidade de 200.000 habitantes, haver:
a) zero acidentes;
b) dois acidentes;
c) mais de dois acidentes.
Solução:
a) dez acidentes
Passo I -Identificar a variável aleatória: x = O.
Passo 2 - Determinar o número médio (À) de sucessos para uma específica
dimensão de tempo ou espaço: À = I O.
Passo 3- Aplicar a fórmula:
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b) dois acidentes:
Passo 1 - Identificar a variável aleatória: x = 2.
Passo 2 - Determinar o número médio (À) de sucessos para uma específica
dimensão de tempo ou espaço À. = 10.
Passo 3- Aplicar a fórmula:
P(x)= À'·e-;. =P(2)= 102-e-'o =000227
X! 2! '
c) mais de dois acidentes
) A probabilidade de ocorrerem mais de dois acidentes pode ser determinada da
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seguinte forma: 1 - (P(O) + P( 1) + P(2))
Como, P(O) = 0,0000454 e P(2) = 0,00227, precisamos, ainda, calcular a
--probabilidade P(1).
P(l)= 10~-e-lo =0000454
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P(x > 2) = 1 - (0,0000454 + 0,000454 + 0,00227)
P(x > 2) = 0,9972
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· ... :.·'...' ...
-- 6.10. Exercícios Propostos: Distribuição de Poisson.
1) Se 3% das lâmpadas elétricas fabricadas por uma companhia são defeituosas,
determinar a probabilidade de, em uma amostra de 100 lâmpadas, serem
defeituosas:
a) Nenhuma lâmpada.
b) Duas lâmpadas.
c) Quatro lâmpadas.
Respostas: a) 0,04979 b) 0,2241 c) 0,1680
2) No problema anterior, determinar a probabilidade de serem defeituosas:
a) No máximo duas lâmpadas;
b) Mais de duas lâmpadas.
Respostas: a) 0,4233 b) 0,5767
3) Sabe-se que, em média, três clientes procuram atendimento numa agência da
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previdência no período das 16 às 17 horas. Determine a probabilidade de que
nesse período apareçam mais do que 2 clientes.
Resposta: 0,5767
85
4) Em um trecho de uma auto-estrada, o número de buracos que requerem
reparo segue uma distribuição de Poisson, com uma média de dois buracos por
quilômetro.
a) Qual é a probabilidade de que haja seis buracos que requeiram reparo em
cinco quilômetros de auto-estrada?
b) Qual é a probabilidade de que no mínimo um buraco requeira conserto em
meio quilômetro?
Respostas: a) 0,0630 b)0,6321
5) O número de falhas em uma transmissão de dados é uma variável aleatória de
Poisson, com uma média de 0,5 falha por hora.
a) Qual é a probabilidade de que não haja falhas de transmissão durante 5 horas?
b) Qual a probabilidade de que ocorram no mínimo três falhas em um período de
12 horas?
Respostas: a) 0,0821 b) 0,9380
86
·!;: ·•
-.. ··'!:1}.:
Tarefa 6: Distribuição Binomial e Distribuição de Poisson.
Nome: ________________________________________________________ __
Número: Turma:
------------------
Curso: Turno: _______ _
1) Um fabricante de lâmpadas divulga que seu produto tem uma vida útil de
2500 horas. De acordo com dados de seu departamento de engenharia, a
probabilidade de uma lâmpada queimar antes das 2500 horas é de O, 15. Se
você efetuar uma compra de dez lâmpadas deste fabricante, qual será a
probabilidade de que:
a) Nenhuma queime antes das 2500 horas.
b) No máximo três delas queimem antes do tempo.
c) Exatamente nove lâmpadas funcionem no mínimo 2500 horas.
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2) Uma nova droga está sendo testada para a cura de uma doença. Dados
obtidos até o momento indicam que a probabilidade de cura de um doente
é de O, 7. Para o teste da eficácia da droga, foram selecionados
aleatoriamente I O pessoas portadoras de enfermidade. Determine a
probabilidade de que:
a) Ao menos oito pessoas sejam curadas.
b) Todas obtenham sucesso no tratamento.
88
·':
3) Uma estação de telecomunicação é projetada para receber, no máximo, 3
chamadas a cada segundo. Se o número de chamadas para a estação for
modelado como uma variável de Poisson, com média de 2 chamadas a cada
segundo, qual é a probabilidade do número de chamadas exceder a máxima
restrição de projeto da estação?
Resposta: O, 1429
89
,3) Em dado processo produtivo, 6% das peças produzidas são refugadas. Qual é .
a probabilidade de que um lote de 50 peças contenha no máximo dois refugos?
. Resposta: 0,4232
90
Capítulo 7: Distribuição Normal.
7.1. Distribuição Normal.
O modelo mais amplamente utilizado para a distribuição de uma variável
aleatória é a distribuição normal. Ela foi originalmente desenvolvida como
resultado de estudos relacionados com erros que ocorrem em vários
experimentos. Nós, agora, reconhecemos que muitas ocorrências reais e
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naturais, assim como muitas medidas fisicas têm distribuição de freqüência que
são aproximadamente normais. Níveis de colesterol no sangue, alturas de
mulheres adultas, peso de crianças recém nascidas, diâmetros de laranjas
produzidas em um pomar são todos exemplos de coleções de valores cujos
histogramas de freqüência se aproximam fortemente da distribuição normal de
probabilidade. A forma da distribuição normal lembra a forma de um sino, como
pode-se ver na figura 7.1 abaixo.
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Figura 7.1: Forma genérica da distribuição normal.
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Uma variável aleatória contínua x tem uma distribuição normal com parâmetros
J..l e cr, com -ex < J..l < ex, e O < cr, se a função distribuição de probabilidade de x
for dada por:
-(x-~)2
1 --;;z ) -~e f(x;J..L,cr =
0
.[i;i, -ex< x <ex,
Existem muitas distribuições normais de probabilidade, cada uma dependente de
apenas dois parâmetros: a média da população J..l e o desvio padrão da população
cr. A figura 7.2 mostra três diferentes gráficos de f(x) onde as diferenças são
devidas aos diferentes pares de valores (J..L, cr). Uma mudança no valor da média
da população J..l provoca um deslocamento da curva para a direita ou para a
esquerda. Uma mudança no valor de cr causa uma mudança na forma da curva; a
forma básica de sino permanece, mas a curva torna-se mais larga ou mais
estreita, dependendo de cr.
o 2.5
localizações d1ferentes
,-J..J. :2.5
CT=B
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Mesma forma
50 75 100
----------
p..=IOOJJ
--O'= 8 .. __ . Mesma _
localizaçao
1).= 100
,-o= 15
Formas
diferentes
Figura 7.2: Influência de J..l e de cr na forma e na localização da curva.
92
•õ.\..:. ~.·. :·-:..·}:
Quando uma variável aleatória x tem wi1a distribuição normal de probabilidade
com parâmetros J..l e cr, para calcularmos a probabilidade de x estar entre dois
valores a e b, isto é para calcularmos o valor de P(a ~ x ~ b), precisamos
calcular:
b
f
1 -(x-~)2
--e z 2
a O" .}2;i, cr dx
Nenhuma das técnicas comuns de integração pode ser usada para avaliar a
expressão acima. Por outro lado, a distribuição normal com parâmetros J..L=O e
cr= 1 é chamada distribuição normal padrão. A variável aleatória que tem uma
distribuição normal padrão é chamada variável aleatória normal padrão e será
indicada por z. A função distribuição de probabilidade de z é
-z.:!
- l __ e 2-f(z;0,1)- .}2;i, -ex< z <ex,
A figura 7.3 ilustra uma distribuição normal padrão. A área total sob a curva é
igual a I. Os números decimais que aparecem entre dois valores consecutivos de
z indicam o valor da área·sob·a·curva·compreendida:entre·estes·dois valores. Por
exemplo, o valor da área sob a curva entre os pontos z = O e z = 1 é 0,3413.
Podemos observar que, aproximadamente68% da área está compreendida entre
+1 e -1, aproximadamente 95% da área está entre +2 e -2 e 99,7% está entre +3
e -3. Este é um fato importante que será mais tarde novamente discutido:
93
. ~-."':"\.
,1< I 95!%--l---\.
.-+ I I 99f.% ~
.34-1'!> .~4121o
-3 -2 -I O •I •2 +3
Figura 7.3: Distribuição normal padrão
Propriedades das Curvas Normais:
1) A área total sob a curva normal é igual a I.
2) A curva normal se estende indefinidamente em ambas as direções, se
aproximando cada vez mais do eixo x à medida que os valores de x crescem ou
decrescem, tendendo a+ oo ou -oo, respectivamente.
3) A curva normal com parâmetros !l e cr é simétrica com relação a).!.
4) A maior parte da área sob a curva normal com parâmetros !l e cr se encontra·
entre !l- 3cr e !l + 3cr.
É necessário observar que a propriedade 1 não é unicamente uma propriedade da
curva normal padrão. De fato, a área total sob qualquer curva que represente
uma distribuição de probabilidade contínua é igual a I. Por causa da importância
das áreas sob a curva normal padrão, tabelas dessas áreas foram construídas. A
tabela 7 .I é uma dessas. Os valores no corpo da tabela, com quatro casas
decimais, representam a área sob a curva entre O e um valor especificado de z.
Os exemplos mostram como utilizar a tabela.
94
~
Tabela 7.1: Áreas sob a curva normal padrão.
_Ll_
v '
,-,.....-,,, .. ,~ ,,--,-.-~ .. - ..
:.•--,1 Segunda casa decimal em z
'>i. p;iltioê i o.ot :· .: a.ài;~ _4iM'§ ~: ~;-~~,~·?#);J·ih~;;~~;pHf_I,~#J:!E~~\
I!. O:.
·a;~-.
o.s:_.
1},9
_q--4
0.0000 0.0040 0.0080 0.0120 0.0160 0.0199 0.0239 0.0279 0.0319 0.0359
0.0398 0.0438 0.0478 0.0517 0.0557 0.0596 0.0636 0.0675 0.0714 0.0753
0.0793 0.0832 0.0871 0.0910 0.0948 0.0987 0.1026 0,1064 0.1103 0.1141
0.1179 0.1217 0.1255 0.1293 0.1331 0.1368 0.1406 0.1443 0.1480 0.1517
0.1554 0.1591 0.1628 0.1664 0.1700 0.1736 0.1772 0.1808 0.1844 0.1879
0.5 0.1915 0.1950 0.1985 0.2019 0.2054 0.2088 0.2123 0.2157 0.2190 0.2224
0.2549
0.2852
0.3133
0.3389
0.6 0.2257 0.2291 0.2324 0.2357 0.2389 0.2422 0.2454 0.2486 0.2517
o. 7 0.2580 0.2611 0.2642 0.2673 0.2704 0.2734 0.2764 0.2794 0.2823
0.8.' 0.2881 0.2910 0.2939 0.2967 0.2995 0.3023 0.3051 0.3078 0.3106
O.!J· 0.3159 0.3186 0.3212 0.3238 0.3264 0.3289 0.3315 0.3340 0.3365
1.0
1.1'
1.2
1.9
1.~
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
E.2
2.3
2 ...
2.5
2.6
!!.7
2.8
f.9
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8·
9.9·
0.3413 0.3438 0.3461 0.3485 0.3508 0.3531 0.3554 0.3577 0.3599 0.3621
0.3643 0.3665 0.3686 0.3708 0.3729 0.3749 0.3770 0.3790 0.3810 0.3830
o 3849 0.3869 0.3888 0.3907 0.3925 0.3944 0.3962 0.3980 0.3997 0.4015
0.4032 0.4049 0.4066 0.4082 0.4099 0.4115 0.4131 0.4147 0.4162 0.4177
0.4192 0.4207 0.4222 0.4236 0.4251 0.4265 0.4279 0.4292 0.4306 0.4319
0.4332 0.4345 0.4357 0.4370 0.4382 0.4394 0.4406 0.4418 0.4429 0.4441
0.4452 0.4463 0.4474 0.4484 0.4495 0.4505 0.4515 0.4525 0.4535 0.4545
0.4554 0.4564 0.4573 0.4582 0.4591 0.4599 0.4608 0.4616 0.4625 0.4633
0.4641 0.4649 0.4656 0.4664 0.4671 0.4678 0.4686 0.4693 0.4699 0.4706
0.4713 0.4719 0.4726 0.-!732 0.'1738 0.4744 0.4750 0.1756 0.4761 0.4767
0.4772 0.4778 0.4783 0.4788 0.4793 0.4798 0.4803 0.4808 0.4812 0.4817
11.4821 0.4826 0.4830 O.-lli34 0.4838 0.4842 0.4846 0.4850 0.4854 0.4857
0.4861 0.4864 0.4868 0.-1871 0.4875 0.4878 0.4881 0.4884 0.4887 0.4890
0--1893 0.4896 0.4898 o.--1901 0.4904 0.4906 o.4909 0.4911 0.4913 0.4916
0.4918 0.4920 0.4922 0.·1925 0.4927 0.4929 0.4931 0.4932 0.4934 0.4936
0.49J8 0.4940 0.-1911 0.494:! 0.4945 0.4946 0.-1948 0.4949 0.4951 0.4952
0.4953 0.4955 0.-1956 11.4957 0.4959 0.'1960 0.4961 0.4962 0.4963 0.4964
0.4965 0.4966 0.-1967 0.4968 0.4969 0.4970 0.4971 0.4972 0.4973 0.4974
0.4974 0.497.\ 0.4976 0.4977 0.4977 0.'1978 0.4979 0.4979 0.4980 0.4981
0.4981 0.'\982 0.4982 0.4983 0.4984 0.4984 0.4985 0.4985 0.4986 0.4986
0.-1987 0.4987 0.4987 0.-1988 0.4988 0.4989 0.4989 0.4989 0.4990 0.4990
0.4990 0.4991 0.4991 0.4991 0.4992 0.4992 0.4992 0.4992 0.4993 0.4993
0.4993 0.4993 0.-1994 0.4994 0.4994 0.4994 0.4994 0.4995 0.4995 0.4995
0.499-5 0.4995 OA99S 0.4996 0.4996 0.1996 0.4996 0.4996 0.4996 0.4997
0.4997 0.4997 0.4997 0.4997 0.4997 0.1997 0.1997 0.4997 0.4997 0.4998
0.4998 0.4998 0..-1998 0.4998 0.4998 0.1998 0.4998 0.4998 0.4998 0.4998
0.4998 0.4998 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999
0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999
0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999 0.4999
0.5000 1
t Para z;::: 3.90, as áreas sao 0.5000 para quatro casas decimais
95
-::_,;..
::.,~ .. •
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....
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.,)
~)
l)
)
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7.2. Exercícios Resolvidos: Utilização da Tabela Normal Padrão.
1) Determine a área sob a curva normal padrão entre O e 1,25.
Solução:
Primeiro encontramos na coluna esquerda o valor z = 1 ,2. Depois nos
deslocamos nessa linha até encontrarmos a coluna de valor 0,05. O valor
encontrado nesta célula da tabela, que é 0,3944, é numericamente igual a área
sob a curva normal entre z =O e z = 1,25, conforme mostra a figura.
2) Determine a área entre a curva normal padrão e z = -1,45 e z =O.
Solução:
Prim~iramente encontramos a área entre z=O e z=l,45. Como no exemplo
anterior, percorremos a coluna z até encontrarmos o valor 1,4 e, em seguida,
percorremos essa linha até estarmos na coluna correspondente ao valor 0,05 da
primeira linha. Neste ponto determinamos o valor 0,4265 que é a área entre z=O
e z= 1,45. Por simetria da curva, 0,4265 é também a área entre z=-1 ,45 e z=O,
conforme ilustrado na figura a seguir.
96
lt ~"""'
-1.45 o
3) Determine a área sob a curva normal padrão à direita de z = 2,3 7.
Solução:
A área total sob a curva é I (propriedade I) e a curva é simétrica com relação '
(Propriedade 3), portanto a área total sob a curva normal à direita dez= O é O
Da tabela vemos que a área entre z = O e z = 2,3 7 é igual a 0,4911. Então a ár
à direita dez= 2,37 vale 0,5000-0,3944 = 0.1056.
1UU56
L~z
2.37
4) Determine a área sob a éurva normal padrão entre z = 0,35 e z = 1,47.
Solução:
97
:-:::<
Pela tabela, a área entre z =O e z = 0,35 é 0,1368 e a área entre z =O e z = 1,47 é
0,4292. Dessa forma, a área entre z = 0,35 e z = 1,47 é igual à diferença entre as
duas áreas anteriores, isto é: Área= 0,4292-0,1368 = 0,2924.
AL:"
0,35 1.47
5) Obtenha a área sob a curva normal padrão à esquerda de z =I ,96.
Solução:
Primeiro determinamos a área entre z = O e z = I ,96. Da tabela, a área é igual a
0.4 750. Uma vez que a área à esquerda dez= O vale 0,5, concluímos que a área
à esquerda de z = 1,96 vale: 0,4750 + 0,5000 = 0,9750, conforme ilustrado a
segmr.
98
I c; I _1 .. , I . . I.: ~ ... , -:==r--r z
o 1,96
6) Determine o valor de z para o qual a área sob a curva normal padrão, à direita
daquele valor, seja igual a 0,025.
Solução:
Curva normal
padrão
Area = 0.025
1/
=r: I I I I ~·--~··::r"':'!":"'[
o
z=?
Área dada à direita de z.
Para achar o valor de z, pnmeiro determinamos a área entre z = O e o z
procurado, lembrando que a área à direita de z = O vale 0,5. Por esse caminho
encontramos que essa área é dada por 0,500- 0,025 = 0,475,como mostrado na
figura.
99
~?
~ t
~·
~
~;
,
~
~ ·~~
~
3
~
~
• 3
~ ~·~
~
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3
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'"""·· \..l'i~ ,.
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......
\ .. ~
·:).··
G)l
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CJ
3;
G)'
Gl
(}i
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()
()
)
)
)
:>
)
~,)
~ )
Área"" 0.500 - 0.025
Área= 0.025
_..........-I I I I !......__r
z=?
Área entre O e z.
Usando a tabela 7.1, obtennos .o valor de z correspondente à àrea de 0,475.
Pesquisando os valores internos da tabela, encontramos que o valor requerido de
z é 1,96.
---
___,....,...-= I I I I !;-!&"'=*=- z
o
z = 1,96
Adotaremos a notação z0.025 para indicar o valor de z com área de 0,025 à sua
direita, sob a curva nonnal padrão. Assim, pelo exemplo anterior, podemos
escrever z0_025 = l ,96. Esta notação é melhor definida como segue.
100
. ~ \
·--··
.....
.,.....--'-
•• ...
••••
"":\'J!'· .
O símbolo Za será usado para indicar o valor de z com área a à sua direita, sob a
curva nonnal padrão, como mostrado na figura abaixo.
--t"""'" I I I I P''' - Z
o
Za
7.3. Exercícios Propostos: Utilização da Tabela Normal Padrão.
I) Detennine a área sob· a curva nonnal padrão entre z = O e
a) z = l
b) z= 1.28
c) z=2,5
r:!) z = -0,46
e) z = -2,12
Respostas: a) 0.3413 b) 0,3997 c) 0,4938 d) 0.1772 e) 0,4830
2) Detennine a área sob a curva nonnal padrão à direita de
a) z = 1
b) z = 1,65
c) z = -2,34
d) z = 3
Respostas: a) 0,1587 b) 0,0495 c) 0,9904 d) 0,0013
!OI
_'t-
3) Determine a área sob a curva normal padrão entre
a) z = 1 e z = 2
b) z=2ez=3
c) z = -1 e z = -0,5
d) z = -1 e z = 2
Respostas: a) 0,1359 b) 0,0215 c) 0,1498 d) 0,8185
4) Determine a área sob a curva normal padrão à esquerda de
a) z=-1
b) z=-1,87
c) = 0,78
Respostas: a) 0,1587 b) 0,0307 c) 0,7823
5) Obtenha o valor dez quando Za é:
a) Zo,os
b) Zo.1o
Respostas: a) 1,645 b) 1,280
7.4. Curvas Normais.
Anteriormente, abordamos como determinar áreas sob a curva nonnal padrão.
Com este conhecimento podemos obter áreas sob qualquer curva normal. Para
isso, faz-se necessária a padroniza·ção dos parâmetros, conforme indicado no
quadro abaixo.
A área sob a curva normal com parâmetros !l e a situada entre x = a e x = b é
igual à área sob a curva normal padrão que fica entre
z=a-!l
(J
e
102
b-!l
z= -
(J
~
..,..
--~
•
,.,...,..,r--
O •
--...
--
••
-
••
Determinação de áreas sob uma curva normal com parâmetros 1.1. e a:
Passo 1. Esboce a curva normal com parâmetros !l e cr.
Passo 2. Indique no gráfico a área a ser determinada.
Passo 3. Calcule os valores requeridos dez e os marque no gráfico, abaixo dos
valores de x.
Passo 4. Use a tabela para obter a área desejada.
Exemplo: Determine a área sob a curva normal com parâmetros 11=100 e a= 16
que se encontra à direita de 120.
Solução:
Curva Normal
100 120 X
o 1.25 z
Determinação de z:
-170 _120-100 -175 X- - --+ Z- - ,-
16
Área entre O e z = 0,3944
Área sombreada= 0,5000-0,3944 = 0,1056
103
o·
~.
:)'
C):
Qí':
·:J
' CJ
~,\
,:;
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~
·•:1
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'3
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C)
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t) ~~:)
't) (.)
··-~·I)
'(
I
,. 't)
. li)
•) l ~e
~~)
,f)
))
J
7.5. Exercícios Resolvidos: Curvas Normais.
1) Numa empresa sabe-se que· os salários anuais são normalmente distribuídos
com média R$ 20.000,00 e desvio padrão de R$ 4.000,00. Determine:
a) A probabilidade de que um funcionário receba menos do que R$ 14.000,00
nua1s.
b) A probabilidade de que os salários estejam compreendidos entre R$
24.000,00 e R$ 28.000,00.
a)
!l = 20.000 e a= 4.000
Z= 14.000- 20.000"= _ 1.5 4.000 .
~
-1.5
A.área entre z=O c z=-1.5 é igual a 0,4332. A área à esquerda de z=-1 ,5 é igual a
- 0,5-0,4332=0,0668. -
A probabilidade de que um funcionário receba menos que R$ 14.000,00 é de
6,68% .
b)
z = 24.000- 20.000 =I
4.000
z = 28.000- 20.000 = 2
4.000
104
..-r··-
.. W"'"F~
•• .,,
~
-.L. ,....,.
-~· .J!.
.,...~~
~
2
A área entre z=O e z=l é igual a 0,3413. A área entre z=O e z=2 é igual a 0,4772.
A área entre z=l e z=2 é igual a 0,4772-03413=0,1358.
A probabilidade de um funcionário ter salário compreendido entre R$24.000,00
e R$ 28.000,00 é de 13,58%.
2) A espessura de uma chapa de aço é uma variável aleatória normalmente
distribuída com média 15mm e desvio padrão 3 mm. O comprador exige que as
chapas possuam no mínimo uma espessura de 12 mm. De um lote de 500
chapas, quantas serão recusadas pelo comprador?
12-15 I Z=---=-
3
~
-I Q
A área entre z=O e z=-1 é igual a 0,3413. A área à esquerda de z=-1 é 0,5-
0,3413=0.1587. A probabilidade de uma chapa de aço ter espessura menor de 12
mm é de 15.87%.
De um lote de 500 chapas, serão recusadas aproximadamente 80 chapas.
105
:~:.>· .
-,
7.6. Exercícios Propostos: Curvas Normais.
1) Determine a área sob a curva normal com parâmetros J.L= 1 e cr = 2,5 que
fica:
a) à direita de O;
b) à esquerda de -1,5;
c) entre -2 e 2.
Respostas: a) 0,6554 b) 0,1587 c) 0,5403
2) Determine a área sob a curva normal com parâmetros J.L= 74 e cr = 2 que
fica:
a) entre 71 e 78;
b) à direita de 76,5.
Respostas: a) 0,9104 b) O, I 056
3) Para a curva normal com parâmetros J.l= 74 e cr = 2, determine:
a) O valor de x com área igual a 0,05 à sua direita.
b) O valor de x com área igual a O, 1 O à sua esquerda.
c) Os dois valores de x que dividem a área sob a curva em uma área central
igual a 0,95 e duas áreas laterais iguais a 0,025.
Respostas: a) 77,29 b) 71,44 c) 70,08 e 77,92
4) A resistência à compressão de amostras de cimento pode ser modelada por
uma distribuição normal, com uma média de 6.000 kg/cm2 e um desvio
padrão de 100 kg/cm2
a) Qual é a probabilidade da resistência da amostra ser menor do que 6.250
kg!cm2?
b) Qual é a probabilidade da resistência estar entre 5.800 e 5.900 kg/cm2?
c) Que resistência é excedida por 95% das amostras?
Respostas: a) 0,9938 b) 0,1359 c) x = 5835,51
5) O período de falta ao trabalho em um mês por causa de doença dos
empregados é normalmente distribuído, com uma média de 60 horas e
desvio padrão de 1 O horas.
a) Qual é a probabilidade desse período no próximo mês estar entre 50 e 80
horas?
b) Quanto tempo deveria ser estimado para esse período para que o período
de falta o exceda em somente 10% ?
Respostas: a) 0,8186 b) 72,85
106
-
6) A concentração de um poluente em água liberada por uma fábrica é
normalmente distribuída, com média 8 ppm e desvio padrão 1,5 ppm.
Qual a probabilidade de que, em um determinado dia, a concentração do
poluente exceda o limite de 10 ppm?
Resposta: 9%
7) Se X é normalmente distribuída com J.L= 80 e cr = 4, determine:
a) P(X < 75)
b) P(X>86)
c) P(73~X~89)
Respostas: a) 0,1056 b) 0,0668 c) 0,9477
8) O tempo requerido para uma orquestra sinfônica tocar a Nona Sinfonia de
Beethoven tem uma distribuição normal com média de 64,3 min e um desvio
padrão de 1,15 min. Na próxima vez em que for tocada, qual é a probabilidade
de que a duração esteja entre 62.5 e 67.7 minutos')
Resposta: 0,9397
9) Um fabricante informa que os seus pacotes de biscoito contêm 1 OOg. Dados
estatísticos do processo de empacotamento demonstram que a distribuição de
massa é normal e, possui uma média de 1 04g por pacote com um desvio padrão .
de 6g. Qual é a probabilidade do cliente ser lesado')
Resposta: 25, 14%
10) Alunos de estatJstica de uma universidade têmnotas que seguem uma
distribuição normal, com média seis e meio e desvio padrão igual a dois.
Sabendo que a média para aprovação na disciplina deve ser maior ou igual a
sete, qual é a probabilidade de um aluno ser reprovado?
Resposta: 59,87%
107
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108
Tarefa 7: Distribuição Normal.
Nome: ________________________________________________ ___
Número: Turma: __________________ _
Curso: Turno: ______________ _
1) O erro em medições do nível de açúcar no sangue por um determinado
instrumento é normalmente distribuído, com média f..1 = 0,05 e desvio padrão
cr = 1,5. Ou seja, em repetidas medições, a distribuição da diferença entre o
nível registrado e o nível real é N(0,05; 2,25). Pedem-se:
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a) Qual a porcentagem das medições que superestimam o valor verdadeiro?
b) Suponha que um erro seja considerado sério quando o valor registrado
diferir mais do que 2,8 do valor verdadeiro. Qual será a porcentagem das
medições que incorrerão em sério erro?
Respostas: a) 51 ,33% b) 6,23%
"109
2) Uma empresa engarrafadora de bebidas, engarrafa latas de refrigerante para
distribuição local. Apesar do volume oficial da lata ser de 354 ml, a máquina
engarrafadora é ajustada para um volume médio de 356 ml. Considerando que o
conteúdo de uma lata seja normalmente distribuído com média igual a 356 e
desvio padrão de 1,63 ml, determine a probabilidade de que uma lata
aleatoriamente selecionada contenha menos que o conteúdo oficial anunciado.
Resposta: O, 1093
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Apostila Estatistica Descritiva