Exercícios MT1

Limpar todos os resolvidos?

Estatística descritiva

Média e mediana do número de defeitosAutoavaliação

Teste 1, 2021/22

Foi registado o número de defeitos em 120 máquinas de um determinado tipo, escolhidas aleatoriamente. Na tabela, o número de defeitos é 1, 2, 3, 4, 5, 6 e o número de máquinas respetivo é 44, 41, 21, 9, 3, 2. Determine a média xˉ\bar x e a mediana Q2Q_2 desta amostra.

Solução

xˉ=2,1\bar x = 2{,}1 e Q2=2Q_2 = 2.

O total de defeitos é ∑nixi=44+82+63+36+15+12=252\sum n_i x_i = 44+82+63+36+15+12=252, logo xˉ=252/120=2,1\bar x=252/120=2{,}1. As frequências acumuladas são 44 e 85, pelo que x(60)=x(61)=2x_{(60)}=x_{(61)}=2. Como np=120⋅0,5=60np=120\cdot0{,}5=60 é inteiro, Q2=(x(60)+x(61))/2=2Q_2=(x_{(60)}+x_{(61)})/2=2.

Confere a tua resposta:

  • A resposta indica xˉ=2,1\bar x = 2{,}1.
  • A resposta indica Q2=2Q_2 = 2.
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Média e desvio padrão de classificaçõesAutoavaliação

Teste 1, 2021/22

Foi selecionada uma amostra aleatória de 20 classificações (escala de 0 a 100) de um teste de matemática, com ∑i=120xi=880,4\sum_{i=1}^{20} x_i = 880{,}4 e ∑i=120xi2=40854,56\sum_{i=1}^{20} x_i^2 = 40854{,}56. Determine a média e o desvio padrão amostral dos dados.

Solução

xˉ=44,02\bar x = 44{,}02 e s≈10,51s \approx 10{,}51.

xˉ=880,4/20=44,02\bar x = 880{,}4/20 = 44{,}02. A variância amostral é s2=1n−1(∑xi2−(∑xi)2n)=119(40854,56−880,4220)=2099,35219≈110,49s^2=\frac{1}{n-1}\left(\sum x_i^2 - \frac{(\sum x_i)^2}{n}\right)=\frac{1}{19}\left(40854{,}56-\frac{880{,}4^2}{20}\right)=\frac{2099{,}352}{19}\approx110{,}49, logo s≈10,51s\approx10{,}51.

Confere a tua resposta:

  • A resposta indica xˉ=44,02\bar x = 44{,}02.
  • A resposta indica s≈10,51s \approx 10{,}51.
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Efeito de uma transformação linear na média e no desvio padrãoAutoavaliação

Teste 1, 2023/24

A média e o desvio padrão de uma amostra de 50 elementos de uma variável XX são xˉ=3\bar x = 3 mm e s=2s = 2 mm. A cada valor observado xix_i fez-se corresponder o valor yi=3xi−2y_i = 3x_i - 2. Determine a média yˉ\bar y e o desvio padrão sys_y dos novos dados yiy_i.

Solução

yˉ=7\bar y = 7 mm e sy=6s_y = 6 mm.

A média transforma-se como os próprios dados: yˉ=3⋅3−2=7\bar y = 3\cdot3-2=7. O desvio padrão é afetado apenas pelo fator multiplicativo: sy=∣3∣⋅2=6s_y=|3|\cdot2=6 mm.

Confere a tua resposta:

  • A resposta indica yˉ=7\bar y = 7 mm.
  • A resposta indica sy=6s_y = 6 mm.
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Valores afastados pelo diagrama de caixaAutoavaliação

Teste 1, 2023/24

Considere a amostra aleatória de 22 valores: 43, 25, 15, 34, 28, 33, 22, 32, 47, 26, 31, 26, 20, 38, 30, 36, 30, 31, 32, 25, 28, 49. Usando quartis do tipo 2 e as barreiras Q1−1,5 AIQQ_1-1{,}5\,AIQ e Q3+1,5 AIQQ_3+1{,}5\,AIQ, indique quais destes valores são valores afastados (outliers).

Solução

Os valores afastados são 47 e 49.

Ordenando os dados, Q1=x(6)=26Q_1=x_{(6)}=26 (pois 22⋅0,25=5,522\cdot0{,}25=5{,}5) e Q3=x(17)=34Q_3=x_{(17)}=34 (pois 22⋅0,75=16,522\cdot0{,}75=16{,}5), logo AIQ=8AIQ=8. A barreira superior é 34+1,5⋅8=4634+1{,}5\cdot8=46 e a inferior é 26−12=1426-12=14. Os valores 47 e 49 excedem 46; o valor 15 não fica abaixo de 14.

Confere a tua resposta:

  • A resposta indica Q1=26Q_1=26, Q3=34Q_3=34 e AIQ=8AIQ=8.
  • A resposta indica que os valores afastados são 47 e 49.
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Dados bivariados

Coeficiente de correlação de Pearson com resumo dadoValor

Teste 1, 2023/24

Considere a amostra bivariada (xi,yi)(x_i, y_i) com 11 pares: xx: 5,1, 4,2, 4,6, 4,0, 4,5, 3,2, 3,9, 4,8, 5,2, 4,9, 4,0 e yy: 3,9, 3,4, 4,2, 4,0, 3,5, 4,5, 4,5, 4,4, 3,9, 4,3, 4,5. Sabendo que xˉ=4,4\bar x=4{,}4, yˉ=4,1\bar y=4{,}1, sX=0,6033s_X=0{,}6033, sY=0,3950s_Y=0{,}3950 e ∑i=111xiyi=197,66\sum_{i=1}^{11}x_iy_i=197{,}66, determine o coeficiente de correlação linear amostral de Pearson.

Solução

r≈−0,3273r \approx -0{,}3273.

r=∑xiyi−nxˉyˉ(n−1)sXsY=197,66−11⋅4,4⋅4,110⋅0,6033⋅0,3950=197,66−198,442,3830=−0,782,3830≈−0,3273r=\frac{\sum x_iy_i-n\bar x\bar y}{(n-1)s_Xs_Y}=\frac{197{,}66-11\cdot4{,}4\cdot4{,}1}{10\cdot0{,}6033\cdot0{,}3950}=\frac{197{,}66-198{,}44}{2{,}3830}=\frac{-0{,}78}{2{,}3830}\approx-0{,}3273.

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Probabilidades

Probabilidade condicionada com acontecimentos independentesValor

Teste 1, 2021/22

Sejam AA e BB dois acontecimientos independentes definidos no mesmo espaço de probabilidade, com P(B)=2/5P(B)=2/5 e P(A)=4/5P(A)=4/5. Determine P(A∣B)P(A|B).

Solução

P(A∣B)=0,8P(A|B)=0{,}8.

Como AA e BB são independentes, P(A∣B)=P(A)=4/5=0,8P(A|B)=P(A)=4/5=0{,}8.

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Variáveis aleatórias

Variância de uma combinação linear de variáveisAutoavaliação

Teste 1, 2023/24

Seja XX uma variável aleatória contínua com média μX\mu_X e variância σX2\sigma_X^2. Considere uma amostra aleatória (X1,X2,…,Xn)(X_1, X_2, \dots, X_n) dessa população e a variável aleatória Y=0,4X1+0,1X3−0,3X5+0,2Xn−0,5Y = 0{,}4X_1 + 0{,}1X_3 - 0{,}3X_5 + 0{,}2X_n - 0{,}5. Determine a variância de YY.

Solução

V⁡(Y)=0,30 σX2\operatorname{V}(Y)=0{,}30\,\sigma_X^2.

A constante não altera a variância e, como a amostra é aleatória, as parcelas são independentes: V⁡(Y)=(0,42+0,12+0,32+0,22)σX2=(0,16+0,01+0,09+0,04)σX2=0,30 σX2\operatorname{V}(Y)=(0{,}4^2+0{,}1^2+0{,}3^2+0{,}2^2)\sigma_X^2=(0{,}16+0{,}01+0{,}09+0{,}04)\sigma_X^2=0{,}30\,\sigma_X^2.

Confere a tua resposta:

  • A resposta usa a independência para somar as variâncias ponderadas pelos quadrados dos coeficientes.
  • A resposta indica V⁡(Y)=0,30 σX2\operatorname{V}(Y)=0{,}30\,\sigma_X^2.
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Distribuições

Binomial: no máximo cinco bicos amarelos em seis avesValor

Teste 1, 2021/22

O bico de determinada espécie de aves pode ser cinzento ou amarelo. Numa certa região, 60% dos indivíduos dessa espécie têm o bico cinzento. Selecionadas aleatoriamente 6 aves dessa região, qual é a probabilidade de no máximo 5 terem o bico amarelo?

Solução

P(X≤5)≈0,996P(X\le5)\approx0{,}996.

O número de aves com bico amarelo segue X∼B(6,0,4)X\sim B(6, 0{,}4). Então P(X≤5)=1−P(X=6)=1−0,46=1−0,004096=0,995904≈0,996P(X\le5)=1-P(X=6)=1-0{,}4^6=1-0{,}004096=0{,}995904\approx0{,}996.

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Binomial exata: 50 parafusos do tamanho A em 100Valor

Teste 1, 2021/22

Uma unidade fabril produz parafusos de dois tamanhos: 42,3% são do tamanho A e os restantes do tamanho B. Foi selecionada uma amostra aleatória de 100 parafusos. Qual é a probabilidade de exatamente 50 parafusos dessa amostra serem do tamanho A?

Solução

P(X=50)≈0,024P(X=50)\approx0{,}024.

O número de parafusos do tamanho A segue X∼B(100,0,423)X\sim B(100, 0{,}423). Assim, P(X=50)=(10050)0,42350 0,57750≈0,024P(X=50)=\binom{100}{50}0{,}423^{50}\,0{,}577^{50}\approx0{,}024.

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Normal: altura inferior a 1,70 mValor

Teste 1, 2021/22

A altura dos alunos de Métodos Estatísticos segue uma distribuição normal com valor esperado 1,74 m e desvio padrão 0,07 m. Selecionado ao acaso um aluno, qual é a probabilidade de a sua altura ser inferior a 1,70 m?

Solução

P(X<1,70)≈0,2843P(X<1{,}70)\approx0{,}2843.

Padronizando, Z=1,70−1,740,07≈−0,5714Z=\frac{1{,}70-1{,}74}{0{,}07}\approx-0{,}5714. Da tabela da normal padrão, Φ(−0,57)≈0,2843\Phi(-0{,}57)\approx0{,}2843.

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Binomial: mais de 2 e menos de 6 peixes com mutaçãoValor

Teste 1, 2023/24

Num determinado lago, a percentagem de peixes de uma dada espécie com uma mutação genética é 5%. Foi selecionada uma amostra aleatória de 15 peixes dessa espécie. Qual é a probabilidade de na amostra existirem mais de 2 e menos de 6 peixes com a mutação?

Solução

P(2<X<6)≈0,0361P(2<X<6)\approx0{,}0361.

O número de peixes com mutação segue X∼B(15,0,05)X\sim B(15, 0{,}05). Então P(2<X<6)=P(3≤X≤5)=P(X≤5)−P(X≤2)≈0,9999−0,9638=0,0361P(2<X<6)=P(3\le X\le5)=P(X\le5)-P(X\le2)\approx0{,}9999-0{,}9638=0{,}0361.

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Aproximação normal: pelo menos 50 sem hipertensão em 100Valor

Teste 1, 2023/24

Num determinado país, a probabilidade de uma pessoa necessitar de tratamento para a hipertensão é 0,4. Numa amostra aleatória de 100 indivíduos desse país, qual é, aproximadamente, a probabilidade de pelo menos 50 não necessitarem de tratamento?

Solução

P(X≥50)≈0,9838P(X\ge50)\approx0{,}9838.

O número de indivíduos sem hipertensão segue X∼B(100,0,6)X\sim B(100, 0{,}6), com μ=60\mu=60 e σ=100⋅0,6⋅0,4=24≈4,899\sigma=\sqrt{100\cdot0{,}6\cdot0{,}4}=\sqrt{24}\approx4{,}899. Com correção de continuidade, P(X≥50)≈P ⁣(Z≥49,5−604,899)=P(Z≥−2,14)≈0,9838P(X\ge50)\approx P\!\left(Z\ge\frac{49{,}5-60}{4{,}899}\right)=P(Z\ge-2{,}14)\approx0{,}9838.

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Distribuição da média de 10 capacidades normaisAutoavaliação

Teste 1, 2023/24

A capacidade de cada garrafa de um dado tipo é normalmente distribuída com média 500 ml e desvio padrão 10 ml. Seja YY a variável aleatória que representa a capacidade média de 10 garrafas de uma amostra aleatória simples. Indique a distribuição de YY (média e variância).

Solução

Y∼N(500,10)Y\sim N(500, 10), isto é, média 500 ml e variância 10 ml².

A média de variáveis normais independentes é normal. Tem-se E(Y)=500E(Y)=500 e V⁡(Y)=10210=10\operatorname{V}(Y)=\frac{10^2}{10}=10, logo Y∼N(500,10)Y\sim N(500, 10).

Confere a tua resposta:

  • A resposta indica que YY segue uma distribuição normal.
  • A resposta indica média 500 ml e variância 10 ml² (desvio padrão 10≈3,16\sqrt{10}\approx3{,}16 ml).
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