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Carmen Cortés Parejo Tema 4: Intervalos de confianza INFERENCIA ESTADÍSTICA: El objetivo será hacer estimaciones de los parámetros (media, varianza, …) de una población (variable) a partir de las observaciones en las muestras. Consideramos una variable de parámetros y . Vamos a ir tomando muestras de tamaño de la variable. Para cada una de ellas, su media ҧ y su varianza 2 serán estimaciones de la media y la varianza 2 de la población . Muestra 1: 1 1 2 1 3 1 −1 1 1 Muestra 2: 1 2 2 2 3 2 −1 2 2 ҧ 2 2 2 Muestra 3: 1 3 2 3 3 3 −1 3 3 ҧ 3 3 2 ҧ 1 1 2 Media muestral Varianza muestral 2 ≡ − é ñ = , … , : μ 2 1 3 −1

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  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    INFERENCIA ESTADÍSTICA:

    El objetivo será hacer estimaciones de los parámetros (media, varianza, …) de una población (variable) a partir de las

    observaciones en las muestras.

    Consideramos una variable 𝑋 de parámetros 𝜇 y 𝜎. Vamos a ir tomando muestras de tamaño 𝒏 de la variable. Para cada

    una de ellas, su media ҧ𝑥 y su varianza 𝑠2 serán estimaciones de la media 𝜇 y la varianza 𝜎2 de la población 𝑋.

    Muestra 1: 𝑥11 𝑥2

    1 𝑥31 … 𝑥𝑛−1

    1 𝑥𝑛1

    Muestra 2: 𝑥12 𝑥2

    2 𝑥32 … 𝑥𝑛−1

    2 𝑥𝑛2 ҧ𝑥2 𝑠2

    2

    Muestra 3: 𝑥13 𝑥2

    3 𝑥33 … 𝑥𝑛−1

    3 𝑥𝑛3 ҧ𝑥3 𝑠3

    2

    ҧ𝑥1 𝑠12

    Mediamuestral

    Varianzamuestral

    𝑋2

    𝑋𝑖 ≡ 𝑖 − é𝑠𝑖𝑚𝑎𝑠 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑛 𝑑𝑒 𝑋

    𝑷𝒂𝒓𝒂 𝒊 = 𝟏,… , 𝒏:

    𝑋𝑖 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 μ 𝑦 𝑙𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑎 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑧𝑎 𝜎2 𝑞𝑢𝑒 𝑋

    𝑋1 𝑋3 𝑋𝑛−1 𝑋𝑛

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    Consideramos una variable 𝑋 de parámetros 𝜇 y 𝜎.

    𝑋𝑖 ≡ 𝑖 − é𝑠𝑖𝑚𝑎𝑠 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑛 𝑑𝑒 𝑋, 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑖 = 1,… , 𝑛.

    Variable media muestral:

    ത𝑋 =𝑋1 + 𝑋2 +⋯+ 𝑋𝑛

    𝑛Toma como valores las medias de las muestras de tamaño n: ҧ𝑥1, ҧ𝑥2, ҧ𝑥3, …

    Variable varianza muestral:

    𝑆2 =(𝑋1− ത𝑋)

    2 + (𝑋2− ത𝑋)2 +⋯+ (𝑋𝑛− ത𝑋)

    2

    𝑛Toma como valores las varianzas de las muestras de tamaño n: 𝑠1

    2, 𝑠22, 𝑠3

    2, …

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    Teorema:

    Si 𝑋~𝑁 𝜇, 𝜎 , 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 ത𝑋~𝑁(𝜇,𝜎

    𝑛)

    Demostración:

    𝐸 ത𝑋 = 𝐸𝑋1 + 𝑋2 +⋯+ 𝑋𝑛

    𝑛=𝐸(𝑋1) + 𝐸(𝑋2) + ⋯+ 𝐸(𝑋𝑛)

    𝑛=𝜇 + 𝜇 +⋯+ 𝜇

    𝑛=𝑛 ∙ 𝜇

    𝑛= 𝜇

    Observemos que si 𝑋~𝑁 𝜇, 𝜎 entonces 𝑋𝑖~𝑁 𝜇, 𝜎 para todo 𝑖 = 1,… , 𝑛.

    𝑉𝑎𝑟 ത𝑋 = 𝑉𝑎𝑟𝑋1 + 𝑋2 +⋯+ 𝑋𝑛

    𝑛= 𝑉𝑎𝑟

    𝑋1𝑛

    + 𝑉𝑎𝑟𝑋2𝑛

    +⋯+ 𝑉𝑎𝑟𝑋𝑛𝑛

    =

    =1

    𝑛2𝑉𝑎𝑟 𝑋1 +

    1

    𝑛2𝑉𝑎𝑟 𝑋2 +⋯+

    1

    𝑛2𝑉𝑎𝑟 𝑋𝑛 = 𝑛 ∙

    1

    𝑛2∙ 𝜎2 =

    𝜎2

    𝑛

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    Ejemplo: Consideramos una variable aleatoria X que toma valores (equiprobables) 4, 7, 10

    Función de probabilidad de 𝑋:

    𝑥𝑖 4 7 10

    𝑝𝑖 1/3 1/3 1/3

    Media de 𝑋:

    𝜇𝑋 =𝑥𝑖𝑝𝑖 =

    = 4 ∙1

    3+ 7 ∙

    1

    3+ 10 ∙

    1

    3= 7

    Desviación típica de 𝑋:

    𝜎𝑋 = 𝑥𝑖2𝑝𝑖 − 𝜇

    2 =

    = 16 ∙1

    3+ 49 ∙

    1

    3+ 100 ∙

    1

    3− 49 = 6

    SE CONSIDERAN MUESTRAS DE TAMAÑO 𝒏 = 𝟐:

    Espacio muestral (4,4) (4,7) (4,10) (7,4) (7,7) (7,10) (10,4) (10,7) (10,10)

    Medias muestrales 4 5.5 7 5.5 7 8.5 7 8.5 10

    Función de probabilidad de ത𝑋:

    ҧ𝑥𝑖 4 5.5 7 8.5 10

    𝑝𝑖 1/9 2/9 3/9 2/9 1/9

    𝜇 ത𝑋 = ҧ𝑥𝑖𝑝𝑖 =

    = 4 ∙1

    9+ 5.5 ∙

    2

    9+ 7 ∙

    3

    9+ 8.5 ∙

    2

    9

    + 10 ∙1

    9= 7

    𝜎 ത𝑋 = ҧ𝑥𝑖2𝑝𝑖 − 𝜇

    2 =

    = 42 ∙1

    9+ 5.52 ∙

    2

    9+ 72 ∙

    3

    9+ 8.52 ∙

    2

    9+ 102 ∙

    1

    9− 49 =

    = 3 =6

    2=𝜎𝑋

    𝑛

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    Consideramos una variable 𝑋 de parámetros 𝜇 y 𝜎.

    𝑋𝑖 ≡ 𝑖 − é𝑠𝑖𝑚𝑎𝑠 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑛 𝑑𝑒 𝑋, 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑖 = 1,… , 𝑛.

    Estadístico: Cualquier variable definida a partir de las 𝑋𝑖.

    ത𝑋 =𝑋1 + 𝑋2 +⋯+ 𝑋𝑛

    𝑛𝑆2 =

    (𝑋1− ത𝑋)2 + (𝑋2− ത𝑋)

    2 +⋯+ (𝑋𝑛− ത𝑋)2

    𝑛Ejemplos:

    Estimador: Estadístico que se utiliza para estimar algún parámetro de la población (variable) 𝑋.

    Ejemplos: ത𝑋 es un estimador de 𝜇 y 𝑆2 es un estimador de 𝜎2.

    Estimador insesgado: Su esperanza matemática coincide con el valor del parámetro que estima.

    Estimador sesgado: Su esperanza matemática no coincide con el valor del parámetro que estima.

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    Ejemplo 1: ത𝑋 es un estimador insesgado de 𝜇 porque vimos que 𝐸 ത𝑋 = 𝜇.

    Ejemplo 2: 𝑆2 es un estimador sesgado de 𝜎2 porque puede comprobarse que 𝐸 𝑆2 =𝑛−1

    𝑛∙ 𝜎2 ≠ 𝜎2.

    Ejemplo 3:

    Si definimos la variable CUASI-VARIANZA MUESTRAL como መ𝑆2 =𝑛

    𝑛−1𝑆2 se tiene que la cuasi-varianza muestral es un

    estimador insesgado de 𝜎2 ya que:

    𝐸 መ𝑆2 = 𝐸𝑛

    𝑛 − 1𝑆2 =

    𝑛

    𝑛 − 1𝐸 𝑆2 =

    𝑛

    𝑛 − 1∙𝑛 − 1

    𝑛∙ 𝜎2 = 𝜎2

    Nos ayudaremos de ciertos estimadores para calcular estimaciones de algunos parámetros de las poblaciones.

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    Un Intervalo de confianza [𝒂, 𝒃] para un parámetro de una población es un par de números entre los cuales se estima

    que estará el parámetro con un determinado nivel de confianza p prefijado de antemano. Este intervalo se calcula a

    partir de los datos de una muestra. El nivel de confianza representa el porcentaje de intervalos construidos a partir de

    100 muestras independientes distintas que contienen al parámetro.

    INTERVALOS DE CONFIANZA:

    Nivel de confianza p:

    𝑝 ∈ 0,1 (es una probabilidad)

    𝑝 ↑↑ 1

    𝑝~0.975, 0.95, 0.999

    Amplitud del intervalo de confianza: 𝑏 − 𝑎

    Margen de error cometido en la aproximación: 𝑏−𝑎

    2

    A veces es conveniente expresar el nivel de confianza como 𝒑 = 𝟏 − 𝜶, siendo 𝛼 ∈ 0,1

    lo que se conoce como nivel de significación.

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    TABLA DE INTERVALOS DE CONFIANZA:

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    1.- INTERVALO DE CONFIANZA PARA 𝝁 CON 𝝈 CONOCIDA

    Partiremos de:

    𝑋 variable aleatoria con media 𝜇 desconocida y desviación típica 𝜎 conocida.

    Una muestra de 𝑋 de tamaño 𝑛 de la que conocemos su media ҧ𝑥.

    Un nivel de confianza 𝑝 = 1 − 𝛼.

    Buscamos un intervalo [𝑎, 𝑏] tal que 𝑃 𝜇 ∈ 𝑎, 𝑏 = 𝑃 𝑎 ≤ 𝜇 ≤ 𝑏 = 𝑝 = 1 − 𝛼

    Utilizaremos el estadístico: ത𝑋−𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ~𝑁(0,1) y buscaremos un intervalo −𝜆, 𝜆 tal que 𝑃 −𝜆 ≤ത𝑋−𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ≤ 𝜆 = 𝑝 = 1 − 𝛼

    1 − 𝛼 = 𝑝 = 𝑃 −𝜆 ≤ത𝑋 − 𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ≤ 𝜆

    𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑧1−

    𝛼2𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒

    𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 1 −𝛼

    2.

    = 𝑃ത𝑋 − 𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ≤ 𝜆 − 𝑃ത𝑋 − 𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ≤ −𝜆 = 𝑃ത𝑋 − 𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ≤ 𝜆 − 1 − 𝑃ത𝑋 − 𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ≤ 𝜆

    𝑃ത𝑋 − 𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ≤ 𝜆 =1 + (1 − 𝛼)

    2= 1 −

    𝛼

    2⟹ 𝜆 = 𝑧

    1−𝛼2

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    𝑃 −𝜆 ≤ത𝑋 − 𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ≤ 𝜆 = 𝑝 = 1 − 𝛼 𝜆 = 𝑧1−𝛼2

    𝑃 −𝑧1−

    𝛼2≤

    ത𝑋 − 𝜇

    ൗ𝜎

    𝑛

    ≤ 𝑧1−

    𝛼2

    = 1 − 𝛼 ⟹ 𝑃 −𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2≤ ത𝑋 − 𝜇 ≤

    𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2

    = 1 − 𝛼

    ⟹ 𝑃 − ത𝑋 −𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2≤ −𝜇 ≤ − ത𝑋 +

    𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2

    = 1 − 𝛼 ⟹ 𝑃 ത𝑋 +𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2≥ 𝜇 ≥ ത𝑋 −

    𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2

    = 1 − 𝛼

    𝑃 ത𝑋 −𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2≤ 𝜇 ≤ ത𝑋 +

    𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2

    = 1 − 𝛼Esto es cierto para cualquier valor de la variable media muestral

    ത𝑋, en particular para ത𝑋 = ҧ𝑥.

    𝑃 ҧ𝑥 −𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2≤ 𝜇 ≤ ҧ𝑥 +

    𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2

    = 1 − 𝛼 = 𝑝 INTERVALO DE CONFIANZA PARA 𝝁 CON 𝝈 CONOCIDA

    ҧ𝑥 −𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2; ҧ𝑥 +

    𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    INTERVALO DE CONFIANZA PARA 𝝁 CON 𝝈 CONOCIDA

    ҧ𝑥 −𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2; ҧ𝑥 +

    𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2

    ҧ𝑥

    ҧ𝑥 +𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2

    ҧ𝑥 −𝜎

    𝑛∙ 𝑧

    1−𝛼2

    Error = 𝝈

    𝒏∙ 𝒛𝟏−𝜶

    𝟐

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianzaDISTRIBUCIÓN t de STUDENT:

    Dadas 𝑌, 𝑋1, … , 𝑋𝑛 variables independientes normales 𝑁(0,1),

    la distribución t de Student con n grados de libertad se define

    como:𝑡𝑛 =

    𝑌

    1𝑛σ𝑋𝑖

    2

    𝑡𝑛,𝑝

    𝑝𝑡𝑛

    Tabla: Dados 𝑛 (grados de libertad) y 𝑝 (probabilidad) la tabla nos proporciona el valor 𝑡𝑛,𝑝 tal que:

    𝑃 𝑡𝑛 ≤ 𝑡𝑛,𝑝 = 𝑝

    𝑡9,0.975 = 2.2622

    Esto quiere decir que dada una 𝑡9, el valor que deja a su izquierda un área encerrada de 0.975 es 2.2622.

    𝑃 𝑡9 ≤ 2.2622 = 0.975

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianzaDISTRIBUCIÓN t de STUDENT:

    Dadas 𝑌, 𝑋1, … , 𝑋𝑛 variables independientes normales 𝑁(0,1),

    la distribución t de Student con n grados de libertad se define

    como:𝑡𝑛 =

    𝑌

    1𝑛σ𝑋𝑖

    2

    𝑡𝑛,𝑝

    𝑝𝑡𝑛

    Tabla: Dados 𝑛 (grados de libertad) y 𝑝 (probabilidad) la tabla nos proporciona el valor 𝑡𝑛,𝑝 tal que:

    𝑃 𝑡𝑛 ≤ 𝑡𝑛,𝑝 = 𝑝

    𝑡59,0.99 = 2.3901~ 𝑡60,0.99

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    2.- INTERVALO DE CONFIANZA PARA 𝝁 CON 𝝈 DESCONOCIDA

    Partiremos de:

    𝑋 variable aleatoria con media 𝜇 desconocida y desviación típica 𝜎 desconocida.

    Una muestra de 𝑋 de tamaño 𝑛 de la que conocemos su media ҧ𝑥 y su desviación típica 𝑠.

    Un nivel de confianza 𝑝 = 1 − 𝛼.

    ҧ𝑥 − 𝑡𝑛−1;1−

    𝛼2∙

    𝑠

    𝑛 − 1; ҧ𝑥 + 𝑡

    𝑛−1;1−𝛼2∙

    𝑠

    𝑛 − 1

    Intervalo:

    ⟹ ҧ𝑥 ± 𝑡𝑛−1;1−

    𝛼2∙

    𝑠

    𝑛 − 1

    ത𝑋 − 𝜇

    ൗ𝑆𝑛 − 1

    =ത𝑋 − 𝜇

    ൘መ𝑆

    𝑛

    ~𝑡𝑛−1Estadístico:𝑆 ≡ 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑇í𝑝𝑖𝑐𝑎 𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑙 (𝑟𝑎í𝑧 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑙)

    መ𝑆 ≡ 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝐶𝑢𝑎𝑠𝑖 − 𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑇í𝑝𝑖𝑐𝑎 𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑙

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    DISTRIBUCIÓN 𝝌𝟐 de PEARSON:

    Dadas 𝑋1, … , 𝑋𝑛 variables independientes normales 𝑁(0,1), la

    distribución 𝝌𝟐 de Pearson con n grados de libertad se define

    como:

    𝜒𝑛2 =𝑋𝑖

    2 = 𝑋12 +⋯+𝑋𝑛

    2𝜒𝑛,𝑝2

    𝜒𝑛2

    𝑝

    Tabla: Dados 𝑛 (grados de libertad) y 𝑝 (probabilidad) la tabla nos proporciona el valor 𝜒𝑛,𝑝

    2 tal que:

    𝑃 𝜒𝑛2 ≤ 𝜒𝑛,𝑝

    2 = 𝑝

    𝜒7,0.952𝑃 𝜒7

    2 ≤ ; = 14.1

    Esto quiere decir que dada una 𝜒72,

    el valor que deja a su izquierda un área encerrada de 0.95 es 14.1.

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    3.- INTERVALO DE CONFIANZA PARA 𝝈𝟐

    Partiremos de:

    𝑋 variable aleatoria con desviación típica 𝜎 desconocida.

    Una muestra de 𝑋 de tamaño 𝑛 de la que conocemos su desviación típica 𝑠.

    Un nivel de confianza 𝑝 = 1 − 𝛼.

    𝑛𝑆2

    𝜎2=(𝑛 − 1) መ𝑆2

    𝜎2~𝜒𝑛

    2Estadístico:

    1-𝑛𝑠2

    𝜒𝑛−1;1−

    𝛼2

    2 ,𝑛𝑠2

    𝜒𝑛−1;

    𝛼2

    2

    Intervalo:

    3(BIS).- INTERVALO DE CONFIANZA PARA 𝝈

    1-

    𝑛𝑠2

    𝜒𝑛−1;1−

    𝛼2

    2 ,𝑛𝑠2

    𝜒𝑛−1;

    𝛼2

    2

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    4.- INTERVALO DE CONFIANZA PARA LA DIFERENCIA DE MEDIAS CON DESVIACIONES TÍPICAS CONOCIDAS

    Partiremos de:

    Dos variables aleatorias: 𝑋𝑖~𝑁(𝜇𝑖 , 𝜎𝑖) con 𝜎𝑖 conocida, para 𝑖 = 1,2.

    Dos muestras: Muestra de tamaño 𝑛𝑖 de la variable 𝑋𝑖, con media ҧ𝑥𝑖 , para 𝑖 = 1,2.

    Un nivel de confianza 𝑝 = 1 − 𝛼.

    Estadístico: ത𝑋1 − ത𝑋2~𝑁 𝜇1 − 𝜇2,𝜎12

    𝑛1+𝜎22

    𝑛2

    ( ҧ𝑥1− ҧ𝑥2) − 𝑧1−𝛼2∙

    𝜎12

    𝑛1+𝜎22

    𝑛2; ( ҧ𝑥1− ҧ𝑥2) + 𝑧1−𝛼

    2∙

    𝜎12

    𝑛1+𝜎22

    𝑛2

    Intervalo:

    ⟹ ( ҧ𝑥1− ҧ𝑥2) ± 𝑧1−𝛼2∙

    𝜎12

    𝑛1+𝜎22

    𝑛2

    Si el intervalo de confianza contiene al cero,se concluye que hay similitud entre las mediasde ambas variables.

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    5.- INTERVALO DE CONFIANZA PARA LA DIFERENCIA DE MEDIAS CON DESVIACIONES TÍPICAS DESCONOCIDAS PERO IGUALES

    Partiremos de:

    Dos variables aleatorias: 𝑋𝑖~𝑁(𝜇𝑖 , 𝜎𝑖, ) para 𝑖 = 1,2, con 𝜎1 = 𝜎2 desconocidas.

    Dos muestras: Muestra de tamaño 𝑛𝑖 de la variable 𝑋𝑖, con media ҧ𝑥𝑖 y varianza 𝑠𝑖2, para 𝑖 = 1,2.

    Un nivel de confianza 𝑝 = 1 − 𝛼.

    Estadístico:ത𝑋1 − ത𝑋2 − (𝜇1 − 𝜇2)

    መ𝑆𝑇1𝑛1

    +1𝑛2

    ~ 𝑡𝑛1+𝑛2−2

    ( ҧ𝑥1− ҧ𝑥2) − 𝑡𝑛1+𝑛2−2;1−𝛼2∙ መ𝑆𝑇 ∙

    1

    𝑛1+

    1

    𝑛2; ( ҧ𝑥1− ҧ𝑥2) + 𝑡𝑛1+𝑛2−2;1−

    𝛼2∙ መ𝑆𝑇 ∙

    1

    𝑛1+

    1

    𝑛2⟹

    Intervalo:

    ⟹ ( ҧ𝑥1− ҧ𝑥2) ± 𝑡𝑛1+𝑛2−2;1−𝛼2∙ መ𝑆𝑇 ∙

    1

    𝑛1+

    1

    𝑛2

    መ𝑆𝑇 =𝑛1𝑠1

    2 + 𝑛2𝑠22

    𝑛1 + 𝑛2 − 2

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    6.- INTERVALO DE CONFIANZA PARA LA PROPORCIÓN 𝑷 DE UNA CARACTERÍSTICA EN UNA POBLACIÓN

    Partiremos de:

    𝑋 variable aleatoria.

    Una muestra de 𝑋 de tamaño 𝑛 de la que conocemos la proporción 𝑝0 de la característica.

    Un nivel de confianza 𝑝 = 1 − 𝛼.

    Estadístico: 𝑃0~𝑁 𝑃,𝑃(1 − 𝑃)

    𝑛

    INTERVALO DE CONFIANZA PARA 𝑷:

    𝑝0 − 𝑧1−𝛼2

    𝑝0 1 − 𝑝0𝑛

    ; 𝑝0 + 𝑧1−𝛼2

    𝑝0(1 − 𝑝0)

    𝑛⟹ 𝑝0 ± 𝑧1−𝛼

    2

    𝑝0(1 − 𝑝0)

    𝑛

  • Carmen Cortés Parejo

    Tema 4: Intervalos de confianza

    PROBLEMA: Determinar el tamaño muestral 𝒏 para determinar un intervalo de confianza para la proporción 𝑷 con un error menor que 𝜺 sin conocer la proporción 𝒑𝟎 en una muestra.

    Partiremos de:

    𝑋 variable aleatoria.

    Una muestra de 𝑋 de tamaño 𝑛 de la que conocemos la proporción 𝑝0 de la característica.

    Un nivel de confianza 𝑝 = 1 − 𝛼.

    𝑝0 ± 𝑧1−𝛼2

    𝑝0(1 − 𝑝0)

    𝑛

    𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟

    INTERVALO PARA 𝑷:

    𝐿𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑓 𝑥 = 𝑥 ∙ 1 − 𝑥 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑠𝑢 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑒𝑛 𝑥 =1

    2⟹ 𝑓 𝑥0 ≤ 𝑓

    1

    2𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑢𝑎𝑙𝑞𝑢𝑖𝑒𝑟 𝑥0 ∈ ℝ

    ⟹ 𝑥0 ∙ (1 − 𝑥0) ≤ 0.5 ∙ 1 − 0.5 ⟹ 𝑥0 ∙ (1 − 𝑥0) ≤ 0.52

    𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 = 𝑧1−

    𝛼2

    𝑝0(1 − 𝑝0)

    𝑛≤ 𝑧

    1−𝛼2

    0.52

    𝑛

    𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑛

    ≤ 𝜀

    𝐿𝑜 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑚𝑜𝑠