Intervalos de confiança para uma média

Interpretação frequentista, escolha entre z e t, margens de erro e dimensão da amostra.

TLDR

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Confiança e escolha do modelo

  • Um procedimento de confiança 1−α1-\alpha cobre o parâmetro fixo nessa proporção de repetições, sob o modelo. Os intervalos variam.
  • Um IC de 95% para a média não contém necessariamente 95% dos dados, nem atribui probabilidade de 95% ao parâmetro após observar o intervalo.

Os quantis zαz_\alpha e tα,νt_{\alpha,\nu} deixam área α\alpha à direita na normal padrão e na t com ν\nu graus de liberdade, respetivamente. Para observações i.i.d., usa o intervalo bilateral xˉ±c SE\bar x\pm c\,SE:

CondiçõesQuantil c e erro padrão
População normal, σ\sigma conhecidozα/2z_{\alpha/2} e σ/n\sigma/\sqrt n; exato.
População normal, σ\sigma desconhecidotα/2,n−1t_{\alpha/2,n-1} e s/ns/\sqrt n; exato, incluindo n grande.
População não normal, n grande e TLC adequadozα/2z_{\alpha/2} e s/ns/\sqrt n, ou σ/n\sigma/\sqrt n se conhecido; aproximado.
  • Examina assimetria e extremos; cinco dados não normais não justificam a aproximação. Um desvio de estudos anteriores pode ser uma estimativa, não σ\sigma conhecido.
  • Com normalidade, σ=8\sigma=8 mm, n=64n=64 e xˉ=102\bar x=102 mm, o IC de 95% é 102±1,96(1)=[100,04;103,96]102\pm1,96(1)=[100,04;103,96] mm. Maior confiança alarga o intervalo com os mesmos dados.

Margem e dimensão da amostra

Para desvio conhecido e margem máxima ε\varepsilon:

ε=zα/2σn,n≥(zα/2σε)2.\varepsilon=z_{\alpha/2}\frac\sigma{\sqrt n},\qquad n\ge\left(\frac{z_{\alpha/2}\sigma}{\varepsilon}\right)^2.
  • Arredonda n para cima: a 95%, σ=8\sigma=8 e margem 1,5 exigem n≥109,2722n\ge109,2722, logo 110.
  • Erro padrão não é margem: exigir apenas σ/n≤1,5\sigma/\sqrt n\le1,5 daria 29.
  • Reduzir a margem a metade exige quatro vezes n, mantendo confiança e variância. Com desvio desconhecido, o piloto serve para planeamento, sem garantir a margem final.
  • Se o planeamento usa t, verifica tα/2,n−1s/n≤εt_{\alpha/2,n-1}s/\sqrt n\le\varepsilon, pois o quantil depende de n. Com s fixado em 3,5, margem 2 e confiança 95%, n=14 dá 2,0209 e n=15 dá 1,9382: o mínimo é 15 sob essa hipótese, não o 12 sugerido por z.
  • Se pedirem arredondamento dos limites por excesso, baixa o inferior e sobe o superior. Não arredondes os passos intermédios.

Limites unilaterais

Com desvio conhecido, o limite inferior é xˉ−zασ/n\bar x-z_\alpha\sigma/\sqrt n, com extremo superior +∞+\infty; o superior é xˉ+zασ/n\bar x+z_\alpha\sigma/\sqrt n, com extremo inferior −∞-\infty.

Com desvio desconhecido e população normal, usa s e tα,n−1t_{\alpha,n-1}. Uma só cauda usa α\alpha, não α/2\alpha/2; escolhe o sentido antes de ver os dados.

Intervalo t a partir de medições brutas.

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