Invervalos de confiança: exemplo

  • Considere que um psicultor deseja estimar a média do peso de peixes existentes em um criadouro em um determinado tempo.

  • Suponha que todos os peixes têm a mesma idade e são da mesma espécie.

  • Considere que foi extraída uma amostra aleatória de tamanho 10.

  • Seja \(X=\)“peso dos peixes”

  • É razoavel admitir \(X \sim N(\mu, \sigma^2)\).

  • vamos supor \(\sigma^2\) desconhecida, usaremos \(S^2\) para estimá-la.

Suponha que a distribuição para os pesos, que iremos supor normal, seja a seguinte.

Exemplo

Assim, desta população é selecionada a amostra aleatória de tamanho \(n=10\).

0.55 0.56 0.93 0.54 0.46
0.43 0.60 0.46 0.71 0.38
\(\overline{X}\): 0.56
\(S:\) 0.16

  • Então, obtemos o seguinte IC(95%).
Limite Inferior Limite superior
IC(95%) 0.446 0.674

Tamanho da amostra

Tamanho da amostra

  • As vezes, o IC obtido não é pequeno o suficiente para ser útil na tomada de decisão.

  • Assim, existe o interesse de se controlar o tamanho do intervalo obtido.

  • Note que, em torno da estimativa da média é obtido um intervalo simétrico

\[\overline{x} \pm E_{max}\]

  • em que \(E_{max} = T_{\alpha/2} \frac{S}{\sqrt{n}}\) é o erro máximo cometido ao nível \(\gamma\) % de confiança, para o caso 3.

  • Muitas vezes, é necessário controlar essa amplitude.

Exemplo: No exemplo anterior, suponha que o produtor queira reduzir pela metade, o intervalo obtido com a amostra de tamnho \(n=10\).

0.55 0.56 0.93 0.54 0.46
0.43 0.60 0.46 0.71 0.38

A qual forneceu média e desvio-padrão amostral e IC, como segue.

\(\overline{X}\): 0.56
\(S:\) 0.16
Limite Inferior Limite superior
IC(95%) 0.446 0.674

Suponha que o interesse é reduzir esse intervalo pela metade, qual seria o tamanho da amostra para se ter este IC.

Resolução

Assim, queremos:

\[|\mu-\overline{X}|<E_{max}.\] Para isso, fixamos: \[E_{max}=T_{\alpha/2}\frac{S}{\sqrt{n}}\ \ \ \ \Longrightarrow \ \ \ \ \ n=T_{\alpha/2}^2\frac{S^2}{E_{max}^2}.\] Como estimativas de \(\sigma\) depende de uma amostra observada, uma amostra piloto deve ser utilizada para obter esta estimativa, caso a variância da população seja desconhecida.

Seja o \(E_{max}\) para o primeiro intervalo:

\[E_{max}=\frac{0,674-0,446}{2}=0,114\] Que pela metade fica

\[E^*_{max}=\frac{0,137}{2}=0,057.\]

Logo:

\[n = 84,614\]

Logo, precisamos de uma amostra deste tamanho para conseguir reduzir o intervalo pela metade.

Voltando ao Exemplo

Assim, desta população é selecionada a amostra aleatória com o tamanho requerido.

0.55 0.43 0.56 0.60 0.93 0.46 0.54 0.71 0.46 0.38
0.69 0.59 0.59 1.76 0.65 0.63 0.96 0.69 0.78 0.88
0.83 0.60 0.53 0.71 0.87 0.72 0.51 0.49 0.66 0.63
0.70 0.70 0.55 0.52 0.86 0.64 0.79 0.79 0.32 0.79
0.44 0.63 0.82 0.76 0.88 0.61 0.64 0.49 0.80 0.31
0.85 1.04 0.82 0.57 0.87 0.66 0.43 0.41 0.58 0.63
0.72 0.85 0.53 0.63 0.92 0.69 0.61 0.47 0.38 0.80
0.71 0.46 0.73 0.97 0.73 0.66 0.30 0.47 0.57 0.86
0.73 1.28 0.58 0.77 0.66 NA NA NA NA NA
\(\overline{X}\): 0.675
\(S:\) 0.213

  • Então, obtemos o seguinte IC(95%).
Limite Inferior Limite superior
IC(95%) 0.629 0.721
Média Verdadeira
0.666
Comprimento IC (n = 10) Comprimento IC (n=85)
0.228 0.092