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CAPÍTULO 9
Exercícios Resolvidos
R9.1) Diâmetro de esferas de rolamento Os dados a seguir correspondem ao diâmetro, em mm, de 30 esferas de rolamento produzidas por uma máquina. 137 154 159 155 167 159 158 159 152 169 154 158 140 149 145 157 160 155 155 143 157 139 159 139 129 162 151 150 134 151
a) Construa um intervalo de confiança, a 95%, para a média da população de todas as possíveis esferas produzidas pela máquina. b) Suponha que, para satisfazer as especificações do consumidor, as peças devem estar compreendidas entre 140 e 160 mm. Determine um intervalo de confiança de 98% para a verdadeira proporção de peças fabricadas pela máquina satisfazendo as especificações.
Solução: a) Calculando, obtemos = 151,9 mm e s = 9,7 mm. Para 1– α = 0,95 e 29 g.l., temos t0,975 = 2,045.
Daí, d = t0,975 = 2,045 = 3,
Portanto, os limites de confiança pedidos são: LI = d = 151,9 – 3,6 = 148, LS = d = 151,9 + 3,6 = 155,
b) Organizando os dados em ordem crescente, temos: 129 134 137 139 139 140 143 145 149 150 151 151 152 154 154 155 155 155 157 157 158 158 159 159 159 159 160 162 167 169 Há 22 observações entre 140 e 160 mm. Logo a proporção amostral de peças dentro das especificações é 22/30 = 0,73. Para 1– α = 0,98, temos z0,99 = 2,33.
Daí, d = z0,99 = 2,33 = 0,08. Assim, os limites de confiança são:
LI = d = 0,73 – 0,08 = 0, LS = d = 0,73 + 0,08 = 0, Com o nível de confiança de 98%, espera-se que a proporção de peças produzidas pela máquina satisfazendo a especificação desejada esteja entre 65% e 81%.
R9.2) Intervalo de Confiança para o Índice Cardíaco Médio Foi realizada uma pesquisa envolvendo uma amostra de 600 pacientes de um certo hospital. Cada um desses pacientes foi submetido a uma série de exames clínicos e, entre outras coisas, mediu-se o Índice Cardíaco (em litros/min/m^2 ) de todos eles. Os 600 pacientes foram então classificados, de forma aleatória, em 40 grupos de 15 pacientes cada. Para um desses grupos os valores medidos do Índice Cardíaco foram: 405, 348, 365, 291, 135, 260, 300, 155, 34, 294, 758, 472, 559, 143, 172. (a) Com base nos valores acima, construa um Intervalo de Confiança para o valor médio do Índice Cardíaco ao nível de 95%.
(b) Se para cada um desses 40 grupos de 15 pacientes fosse construído um Intervalo de Confiança para ao nível de 95%, quantos desses intervalos se espera que não conteriam a verdadeira média populacional no seu interior? Por que?
Solução: (a) A média e o desvio padrão amostrais calculados a partir dos dados acima são x312,73 e s = 185,80. Por outro lado, o quantil da t de Student com
(15 – 1) = 14 graus de liberdade correspondente a 0 , 975 2
(^1) é 2,145.
Os extremos do intervalo de confiança para o Índice Cardíaco médio, a 95% de confiança, são portanto:
312 , 73 2 , 145 , ou seja, o intervalo é (209,84; 415,63),
sendo esses valores expressos em litros/min/m^2.
(b) Como o valor de adotado no caso foi 0,05, cerca de 5%, ou seja, 2 dos 40 intervalos de confiança assim obtidos não conteriam em seu interior a verdadeira média populacional.
R9.3) Comparando métodos de ensino de Matemática Os 36 alunos de uma turma são divididos ao acaso em dois grupos de 18. Para o primeiro grupo o ensino de Matemática é feito usando elementos de multimídia. Enquanto isso, no segundo grupo o ensino é feito pelo método tradicional (quadro negro e giz). No final do período é aplicado um teste, comum aos dois grupos, com os seguintes resultados: Grupo 1: 7, 3 8,2 6,0 7, 7 8,0 6,1 5, 6 5, 3 5, 9 5, 8 5, 8 7 , 1 5,1 8,0 7, 6 8, 3 4, 9 6, 5
Grupo 2: 7,5 6,2 5,7 4,4 4,7 5,8 5,0 6,0 6, 5,8 4,5 5,1 5,5 6,0 5,8 5,8 5,7 7,
Considerando os dois grupos como amostras aleatórias de duas populações independentes e Normalmente distribuídas, determine um intervalo de confiança de 95% para a verdadeira diferença das médias populacionais dos dois grupos.
Solução: Sejam X e Y as variáveis aleatórias representando as notas nos grupos 1 e 2, respectivamente. Denotemos as correspondentes médias populacionais por μX e μY. Então temos: n = m = 18 ; = 6,622 ; sX = 1,151 ; = 5,744 ; sY = 0,860. Estamos supondo Normalidade para as distribuições de notas nos dois grupos. Como os desvios padrões são desconhecidos e os tamanhos amostrais são pequenos usaremos a distribuição t de Student. Além disso, os desvios padrões amostrais são relativamente próximos. Por isso usamos a estimativa combinada:
= = 1,
Para 1 – = 0,95 e ν = 34 graus de liberdade, = t0, 975 = 2,032.
Daí, = 2,032 = 0,
obs 1 , 16 e (S (^) )obs 1 , 54 0, 34
n
s d t 1 α/2 Δ
Assim, Lsup = obs d 1 , 16 0 , 54 1 , 70 e Linf =obs d 1 , 16 0 , 54 0 , 62 Para verificar se a premissa de Normalidade está sendo atendida aqui, você pode construir, por exemplo, um gráfico de probabilidade Normal (ver Capítulo 12).
Como o tamanho da amostra é relativamente grande, uma solução alternativa (aproximada) seria trabalharmos com a própria distribuição Normal padrão (já que, para valores altos do no^ de graus de liberdade, a t de Student praticamente se confunde com a Normal padrão). Neste caso, o desvio padrão amostral (^) sΔ= 1,54 seria usado como se fosse igual ao desvio padrão populacional σΔ. Como z0,975 = 1,96, resulta
n
σ d z 0,975 Δ
Assim, os limites de confiança aproximados são: Lsup = obs d 1 , 16 0 , 52 1 , 68 e Linf = obs d 1 , 16 0 , 52 0 , 64. Podemos observar que os limites obtidos são muito semelhantes em ambos os casos.
(c) Como o intervalo de confiança obtido não inclui o zero no seu interior, tudo leva a crer que em média o desempenho dos alunos de fato piorou da 1ª para a 2ª prova.
Exercícios propostos
P9.1) Estimação da resistência média de um material Um pesquisador está estudando a resistência de um certo material sob determinadas condições. Ele sabe que essa variável é Normalmente distribuída com variância igual a 4 unidades^2. Foi extraída uma amostra aleatória de tamanho 10 obtendo-se os seguintes valores:
7,9 6,8 5,4 7,5 7,9 6,4 8,0 6,3 4,4 5,
(a) Calcule a estimativa pontual da média populacional, com base nesta amostra.
(b) Determine o intervalo de confiança para a resistência média com um coeficiente de confiança de 90%.
(c) Qual o tamanho da amostra necessário para que o erro cometido, ao estimarmos a resistência média, não seja superior a 0,3 unidades com probabilidade 0,90? E se quiséssemos um erro máximo de 0,1 unidades com a mesma probabilidade?
(d) Suponha que no item (b) não fosse conhecido o desvio padrão. Como você procederia para determinar o intervalo de confiança para a média populacional, e que suposições você faria para isso?
P9.2) Novamente os Implantes mamários Vamos trabalhar aqui novamente com o conjunto de dados do Exercício P7.4, referentes à tensão de ruptura de n = 20 implantes mamários fabricados com gel de Silicone: 72,2 80,1 70,4 67,8 70,9 72,1 75,1 73,0 59,4 77, 65,1 66,5 64,1 79,0 70,6 70,3 63,1 64,4 74,9 75, Com base nesses dados obtenha:
(a) um intervalo de confiança a 95% para a média populacional da tensão de ruptura desses implantes.
(b) um intervalo de confiança a 95% para a proporção de implantes com tensão de
ruptura superior a 70.
P9.3) Vida média de pneus Pneus de uma determinada marca foram colocados aleatoriamente nas rodas traseiras de 10 carros com os seguintes resultados: Percurso médio amostral até desgaste total = 45.300 km Desvio Padrão amostral = 6.150 km (a) Obtenha um intervalo de confiança a 99% para a vida média μ dos pneus dessa marca. (b) Qual deveria ser o tamanho de uma nova amostra para que, com base nela, pudéssemos também construir um intervalo de confiança a 99% para μ, porém 4 vezes menor em termos de amplitude? Observações: Admita que os dados obedecem a premissa de Normalidade. Note que estimativas do mesmo parâmetro σ obtidas com base nessas duas amostras devem estar próximas entre si. E lembre-se que, se ν é suficientemente grande, a t de Student com ν graus de liberdade praticamente se confunde com a Normal(0;1).
P9.4) TV a cabo Uma operadora de TV a cabo realizou uma pesquisa de mercado junto aos seus assinantes visando, entre outras coisas, estimar a proporção p dessas pessoas que estariam dispostas a contratar um upgrade no serviço que lhes é atualmente oferecido, em troca de um certo desconto no preço. (a) Se for ouvida uma amostra de 30 assinantes, qual a probabilidade de que o erro absoluto na estimativa de p através da proporção amostral observada seja inferior a 0,1? (b) Com base nessa amostra, obtenha um intervalo para p a 95% de confiança, admitindo que 9 entre os 30 respondentes manifestaram-se propensos a aderir a essa oferta. (c) Qual o tamanho de uma nova amostra suficiente para garantir que a proporção p de assinantes dispostos a contratar o upgrade possa ser estimada com um erro absoluto menor que 0,08 com probabilidade 0,95? Admita que nada se sabe sobre o valor de p. (d) E se é sabido que p está entre 20% e 35%?
P9.8) Ajustando um processo produtivo O exame de uma amostra de 50 peças vindas de uma linha de produção mostrou que 8 delas eram defeituosas. Como este número foi considerado alto pelo engenheiro responsável, foi feito um ajuste no processo afim de melhorar a qualidade. Uma amostra de 60 peças fabricadas pelo novo processo apresentou 3 defeituosas. Determine um intervalo de confiança, a 95%, para: a) a verdadeira proporção de peças defeituosas em cada um dos processos; b) a verdadeira diferença de proporções de peças defeituosas nos dois processos c) A partir do resultado do item (b) podemos afirmar que houve melhora significativa na qualidade do segundo processo em relação ao primeiro?
P9.9) Comparando dietas Um grupo de 40 animais é alimentado com uma determinada dieta e um segundo grupo de 50 animais é alimentado com uma dieta diferente. Depois de um certo período de tempo, o aumento médio no peso para o primeiro grupo foi de 124,7 g, com um desvio padrão de 9 g. Já para o segundo grupo, aumento médio no peso foi de 130,8g, com um desvio padrão de 12 g. Obtenha um Intervalo de confiança de 90% para a diferença entre as médias populacionais dos aumentos de peso nos dois grupos.
P9.10) Médicos afiliados a Planos de Saúde Pretende-se estimar o número total de médicos que trabalham em uma certa cidade e estão associados a planos de saúde. Para isso foi coletada uma amostra aleatória com n = 300 médicos dessa cidade e se apurou que entre eles m = 216 se enquadram nessa condição. Obtenha um intervalo de confiança a 98% para a sua estimativa, sabendo que o número total de médicos na cidade é 28000.
P9.11) Duração de pilhas elétricas Foi obtida uma amostra com 20 pilhas elétricas da marca A. Todas elas foram examinadas e sua duração, em horas, foi medida. O mesmo foi feito com uma amostra de 18 pilhas do mesmo tipo, porém da marca B. Pede-se determinar um intervalo de confiança de 98% para a diferença entre as médias populacionais da duração da pilha referentes às duas marcas. Suponha que essa variável (duração da pilha) segue uma distribuição Normal, tanto para a marca A como para a marca B. Aqui estão os dados:
Marca A: 176 162 153 137 140 139 165 128 149 148
Marca B: 183 196 157 180 188 172 159 184 152 180
