Distribuição Binomial e Poisson

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Mais Aplicações sobre cálculo deprobabilidades

Prof. Hemílio Fernandes Campos Coêlho

Departamento de Estatística - Universidade Federal da Paraíba - UFPB

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Noções de Epidemiologia

I Em algumas aplicações de saúde, a base do conhecimento é denatureza probabilística.

I Algumas aplicações envolvem o que chamamos em saúde deindicadores epidemiológicos

I Uma aplicação importante da teoria das probabilidades em saúdeestá relacionada à avaliação da capacidade que um determinadoexame tem de acertar o verdadeiro diagnóstico.

I Isto acontece devido à limitação que o pesquisador possui paraelaboração do exame.

I Ou seja, um diagnóstico é emitido de acordo com a capacidade deum exame clínico para detectar o evento de interesse.

I O quadro a seguir mostra de maneira esquemática os possíveisresultados associados à comparação do resultado de um exame queestá sendo avaliado e o resultado de�nitivo ou diagnóstico de�nitivoou diagnóstico de certeza.

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continuação

Resultado de um exame diagnóstico versus diagnóstico de certeza

Diagnóstico de CertezaTotais

Doença(+) Doença(−)Resultado do Exame(+) a(++) b(+−) a+ b

Exame Exame(−) c(−+) d(−−) c + d

Totais a+ c b + d a+ b + c + d

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Conceitos Iniciais

I Falso-Positivo: Indivíduo sadio cujo exame resultou positivo. Noquatro anterior, corresponde à letra b

Para determinar a probabilidade do evento �falso-positivo�, bastadividir b pelo total de exames positivos, a+ b.

I Falso-Negativo: Indivíduo doente cujo exame resultou negativo.No quatro anterior, corresponde à letra c

Para determinar a probabilidade do evento �falso-negativo�, bastadividir c pelo total de exames negativos, c + d .

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I Sensibilidade: É a proporção de indíviduos cujo exame revelouresultado positivo e que possuem a doença, no grupo deindivíduos doentes. Ou seja:

Sensibilidade = S =a

a+ c

I A sensibilidade avalia o total de acertos do exame sobre overdadeiro número de doentes.

I Quanto mais próximo de 1 estiver o valor da sensibilidade do teste,melhor será esse teste.

Observação Importante: Ao fazer (1− S), o pesquisador estárespondendo a seguinte pergunta: �Qual a proporção de indivíduos

doentes que o exame deixou de diagnosticar como tais?� Essa proporçãoé a proporção de falso-negativos no total de pessoas doentes.

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I Especi�cidade: É a proporção do número de indivíduos sadioscujo exame resultou negativo, no grupo de indivíduos sadios.Ou seja,

Especi�cidade = E =d

b + d

I A especi�cidade expressa o total de exames corretamente negativossobre o total de indivíduos sadios.

I Quanto mais próxima de 1 estiver a especi�cadade, melhor será esseteste.

Observação Importante: Ao fazer (1− E ), temos a proporção é aproporção de falso-positivos no total de pessoas doentes.

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I Valor preditivo positivo: É a proporção de indivíduos doentes comexame positivo no grupo de exames positivos.

Valor Preditivo Positivo = VPD =a

a+ b

I Valor preditivo negativo: É a proporção de indivíduos sadios comexame negativo no grupo de exames negativos.

Valor Preditivo Negativo = VPN =d

c + d

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I Acuidade ou E�ciência Global do Teste: Veri�ca o percentual deacerto do exame diagnóstico no grupo total de pacientes analisados.

Acuidade = A =a+ d

a+ b + c + d

I Prevalência: É a proporção de pacientes doentes no grupo total depacientes analisados.

Prevalência = P =a+ c

a+ b + c + d

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Observações Importantes

I Cienti�camente já foi constatado que um teste com altaespeci�cidade deve ser usado quando a prevalência da doença érelativamente baixa (doença rara), mesmo que o teste tenharelativamente baixa sensibilidade.

I O mesmo pode ser dito em relação a um teste com altasensibilidade deve ser usado quando a prevalência da doença é alta(doença comum), mesmo que o teste tenha relativamente baixaespeci�cidade.

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Coe�ciente de Kappa (κ)

I Coe�ciente utilizado quando se tem interesse em testar aconcordância entre dois diagnósticos diferentes, fornecidos porpesquisadores diferentes.

Concordância de diagnóstico entre dois pesquisadores

Diagnóstico 2Totais

(+) (−)Diagnóstico (+) a(++) b(+−) a+ b

1 (−) c(−+) d(−−) c + d

Totais a+ c b + d a+ b + c + d

A proporção da concordância observada é dada por

PCO =a+ d

a+ b + c + d

Além disso, precisamos da chamada concordância causal:

PCC =(a+ b)(a+ c) + (c + d)(b + d)

(a+ b + c + d)2

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Coe�ciente de Kappa (κ)

Logo:

κ =PCO − PCC

1− PCC

Quando há total concordância, o coe�ciente é igual a 1. Quando hádiscordância total, o coe�ciente é igual a 0. Para avaliar o grau deconcordância, é possível avaliar a seguinte classi�cação:

κ = 0 −→ total discordância

0 < κ < 0, 4 −→ concordância leve

0, 4 ≤ κ < 0, 8 −→ concordância moderada

0, 8 ≤ κ < 1 −→ concordância forte

κ = 1 −→ concordância perfeita

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Distribuições de Probabilidade

De�nição: De�nimos como uma variável aleatória X uma característicaque pode assumir valores de�nidos em um conjunto de n valores:

X = {x1, x2, . . . , xn}

A relação

xi −→ f (xi )

de�ne uma correspondência entre todos os valores que a variávelaleatória pode assumir, xi , e suas respectivas probabilidades deocorrência, f (xi ). Esta relação é o que chamamos em estatística defunção de probabilidade da variável aleatória X . Analogamente aoestuda da estatística descritiva, as variáveis aleatórias também podem serdivididas em dois tipos: discretas e contínuas.

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Modelos Probabilísticos Discretos

Page 14: Distribuição Binomial e Poisson

Exemplo

I Suponha que o número máximo de leitos que uma unidade deterapia intensiva comporte seja 4. De�nindo a variável aleatória X

como �número de óbitos (na UTI)�, os valores que a variávelaleatória pode assumir, num certo período de tempo, são:

X = {0, 1, 2, 3, 4}

onde:

I X = 0 signi�ca nenhum óbito (quatro pacientes vivos);I X = 1 signi�ca um óbito (três pacientes vivos);I X = 2 signi�ca dois óbitos (dois pacientes vivos);I X = 3 signi�ca três óbitos (um pacientes vivos);I Por �m, X = 4 signi�ca quatro óbitos, nenhuma sobrevivência.

Page 15: Distribuição Binomial e Poisson

Exemplo

I Suponha que o número máximo de leitos que uma unidade deterapia intensiva comporte seja 4. De�nindo a variável aleatória X

como �número de óbitos (na UTI)�, os valores que a variávelaleatória pode assumir, num certo período de tempo, são:

X = {0, 1, 2, 3, 4}

onde:

I X = 0 signi�ca nenhum óbito (quatro pacientes vivos);I X = 1 signi�ca um óbito (três pacientes vivos);I X = 2 signi�ca dois óbitos (dois pacientes vivos);I X = 3 signi�ca três óbitos (um pacientes vivos);I Por �m, X = 4 signi�ca quatro óbitos, nenhuma sobrevivência.

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Exemplo

I Supondo que as probabilidades associadas a cada um destespossíveis resultados sejam

f (0) = 0, 3164f (1) = 0, 4219f (2) = 0, 2109f (3) = 0, 0461f (4) = 0, 0039

É possível montar a função mostrada no quadro a seguir:

X 0 1 2 3 4 Somaf (x) 0,3164 0,4219 0,2109 0,0461 0,0039 1

que é função de probabilidade do número de óbitos.

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continuação

I Note que para n possíveis valores da variável aleatória X temos que

n∑i=1

f (xi ) = 1

Em nosso exemplo, n = 4. Note que esse resultado é algo jáesperado, pois estamos avaliando todas as possibilidades deocorrência da variável aleatória X .

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Construção da função de probabilidade

I Suponha que a probabilidade de óbito de um paciente, ao darentrada na UTI, seja de 25% (risco de morte).

I De�nindo a variável aleatória X como no exemplo anterior, tem-se

X = { 0 , 1 }{

f (0) = 0, 75f (1) = 0, 25

I Ou seja,

X 0 1 Somaf (x) 0,75 0,25 1

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Construção da função de probabilidade

I Se dois pacientes ingressarem na UTI (n = 2),

I Sendo p(vi ) é a probabilidade do paciente i sobreviver e p(oi ) é aprobabilidade do paciente i morrer, tem-se

X = { 0 , 1 , 2 }

f (0) → p(v1)p(v2) = 0, 75 · 0, 75 = 0, 5625

f (1) →{

p(v1)p(o2) = 0, 75 · 0, 25 = 0, 1875p(o1)p(v2) = 0, 25 · 0, 75 = 0, 1875

⇒ 0, 3750

f (2) → p(o1)p(o2) = 0, 25 · 0, 25 = 0, 0625

I O quadro com as funções de probabilidade é dado a seguir:

X 0 1 2 Somaf (x) 0,5625 0,3750 0,0625 1

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Observações Importantes:

I A construção para um número maior de casos (n) pode serrealizado.

I Porém, é uma tarefa repetitiva e bastante trabalhosa.

I De modo a sistematizar o cálculo de probabilidades de umdeterminado número de ocorrências em n casos, considera-se aDistribuição Binomial.

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Distribuição Binomial

I Considere uma variável aleatória de�nida em termos binários, ouseja, com dois valores possíveis de ocorrer em n experimentos, ou n

ensaios, ou n tentativas, n casos, etc.

I Denotando a probabilidade de ocorrência(ou sucesso) de X por p ea probabilidade de não-ocorrência de X por q, tem-se p + q = 1.Note que q = 1− p.

I Com base nessa informação, a probabilidade de x ocorrências davariável aleatória X em n casos é dada por:

P(X = x) =

(n

x

)pxqn−x

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continuação

I Através de uma distribuição de probabilidade é possível calcularvalores para o que chamamos em estatística de parâmetro, ou seja,um valor conceitualmente conhecido na população com base nosvalores da amostra. Dessa forma, para o modelo binomial:

B Média = Valor Esperado = E [X ] = µ = n · p

B Variância = σ2 = n · p · q

B Desvio Padrão = σ =√n · p · q

I Note que o formato da distribuição binomial depende de p e de nexclusivamente.

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EXEMPLO

Suponha que a probabilidade de um indivíduo do sexo masculino(M),com mais de 60 anos, sedentário(S) e fumante(F), desenvolver umadoença cardiovascular nos próximos 8 anos seja de 40%. A partir de umestudo controle com 10 indivíduos com essas características, qual aprobabilidade de que nenhum desses indivíduos sofra doençascardiovasculares no período determinado?

Page 24: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Suponha que a probabilidade de um indivíduo do sexo masculino(M),com mais de 60 anos, sedentário(S) e fumante(F), desenvolver umadoença cardiovascular (DCV) nos próximos 8 anos seja de 40%. A partirde um estudo controle com 10 indivíduos com essas características, quala probabilidade de que nenhum desses indivíduos sofra doençascardiovasculares no período determinado?Resposta: Note que n = 10. Além disso,

P(DCV |M ∩ (60+) ∩ S ∩ F ) = P(X ) = p = 0, 4

Logo, a probabilidade de nenhum caso de DCV resulta em

P(X = 0) =

(100

)(0, 4)0(0, 6)10 = 0, 0060 = 0, 60%

Page 25: Distribuição Binomial e Poisson

continuação

Qual a probabilidade de menos de três indivíduos da amostra terem DCV?

P(X < 3) = P(X = {0, 1, 2}) = P(X = 0) + P(X = 1) + P(X = 2)

P(X = 0) =

(100

)(0, 4)0(0, 6)10 = 0, 0060 = 0, 60%

P(X = 1) =

(101

)(0, 4)1(0, 6)9 = 0, 0403 = 4, 03%

P(X = 2) =

(102

)(0, 4)2(0, 6)8 = 0, 1209 = 12, 09%

P(X < 3) = P(X = 0) + P(X = 1) + P(X = 2)= 0, 0060+ 0, 0403+ 0, 1209 = 0, 1672 = 16, 72%

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continuação

Qual a probabilidade de pelo menos três indivíduos da amostra teremDCV?

P(X ≥ 3) = P(X = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10})= P(X = 3) + P(X = 4) + · · ·+ P(X = 10)

Contudo, como sabemos quen∑i=1

f (xi ) = 1, podemos utilizar este

resultado para simpli�car os cálculos. Ou seja:

P(X ≥ 3) = 1− P(X < 3) = 1− 0, 1672 = 0, 8328

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continuação

Qual é a média (ou valor esperado) de casos de DCV?

µ = 10 · 0, 4 = 4 casos

Qual é o desvio padrão do número de casos de DCV?

σ =√10 · 0, 4 · 0, 6 = 1, 55 ≈ 2casos.

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Distribuição de Poisson

I A distribuição de Poisson está associada com a taxa de ocorrênciado número de casos da variável aleatória X .

I A função de probabilidade de Poisson é dada por

P (X = x) =

(e−λ

)λx

x!, lembrando que e = 2, 71828...

I A partir deste tipo de distribuição também é possível obter valoresde média, variância e desvio padrão:

B µ = λ

B Variância = σ2 = λ

B Desvio Padrão = σ =√λ

Page 29: Distribuição Binomial e Poisson

continuação

I Ao substituir λ por µ = np, note que a função de probabilidade dePoisson é dada por

P (X = x) =(e−µ)µx

x!=

(e−(np)

)(np)x

x!

I Esta expressão dá uma aproximação da distribuição binomial, tantomais precisa quanto menor for o valor de p.

I Em áreas de saúde, essa modelagem probabilística é utilizada emsituações de estudos relacionados à patologias raras (valor de pbaixo).

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EXEMPLO

Suponha que uma em cada mil pessoas que utilizam determinadoanestésico sofra uma reação negativa. Num total de 500 cirurgias em quese empregou esse anestésico, qual é a probabilidade de que 1 pessoa sofraa reação?Resposta: Primeiramente,

λ = µ = n · p = 500 · 0, 001 = 0, 5

Logo,

P(X = 1) =e−0,50, 51

1!= 0, 3033 = 30, 33%

Page 31: Distribuição Binomial e Poisson

continuação

Qual é a probabilidade de nenhum paciente sofrer reação?Resposta:

P(X = 0) =e−0,50, 50

0!= 0, 6065 = 60, 65%

Qual é a probabilidade de mais de um paciente sofrer reação?Resposta:

P(X > 1) = 1− P (X = {0 , 1}) = 1− [P(X = 0) + P(X = 1)]

P(X > 1) = 1− (0, 6065+ 0, 3033) = 0, 0902 = 9, 02%

Page 32: Distribuição Binomial e Poisson

Modelos Probabilísticos Contínuos

Page 33: Distribuição Binomial e Poisson

Modelos contínuos de probabilidade

Variável Aleatória Contínua:

I Assume valores num intervalo de números reais.

I Não é possível listar, individualmente, todos os possíveis valores deuma variável aleatória contínua.

I Dessa forma, associamos probabilidades a intervalos de valores davariável.

I Ou seja, a probabilidade será calculada como uma área de interesseno grá�co da distribuição.

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Distribuição Normal

I Observemos por exemplo, o peso em Kg, de 1500 pessoas adultasselecionadas ao acaso em uma população.

I O histograma do conjunto de dados é dado a seguir:

Page 35: Distribuição Binomial e Poisson

Distribuição Normal

A análise do histograma mostra que:

I a distribuição dos valores é aproximadamente simétrica em torno de70kg;

I a maioria dos valores (88%) encontra-se no intervalo (55;85);

I existe uma pequena proporção de valores abaixo de 48kg (1,2%) eacima de 92kg (1%).

Page 36: Distribuição Binomial e Poisson

Distribuição Normal

I De�nindo a variável aleatória X : peso, em kg, de uma pessoaadulta escolhida ao acaso da população.

I É natural então considerar a distribuição dos valores da variávelaleatória X , isto é, qual a distribuição de probabilidades de X?

I A curva contínua nesse grá�co se chama curva Normal.

Page 37: Distribuição Binomial e Poisson

Distribuição Normal

A distribuição normal é uma das mais importantes distribuiçõescontínuas de probabilidade, pois:

I Muitos fenômenos aleatórios comportam-se de forma próxima a essadistribuição.

Exemplos:

1. Altura;2. Pressão sanguínea;3. Peso.

I Pode ser utilizada para calcular, de forma aproximada,probabilidades para outras distribuições, como por exemplo, para adistribuição Binomial.

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Observação Importante

I Nem todos os fenômenos se ajustam à distribuição Normal.

Exemplo:

1. Y : Duração, em horas, de uma lâmpada de certa marca.

A experiência sugere que esta distribuição deve ser assimétrica- grande proporção de valores entre 0 e 500 horas e pequenaproporção de valores acima de 1500 horas

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Função Densidade da Normal

I A área na �gura é calculada a partir da chamada função densidadeda distribuição normal.

I A expressão da função densidade da distribuição normal é dada por

f (x) =1√2πσ

exp

{− (x − µ)2

2σ2

}

I µ é a média e pode assumir valores em um campo de variaçãoamplo (−∞ < µ <∞)

I σ2 é a variância, e só assume valores positivos (σ2 > 0)

I Apesar da complexidade da expressão, a utilizaremos para cálculo deprobabilidades de uma forma fácil, através do uso de uma tabela decálculo de probabilidades, com base na chamada distribuiçãonormal padrão.

Page 40: Distribuição Binomial e Poisson

Grá�co da distribuição normal

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Características da Distribuição Normal

I Assintótica em relação ao eixo das abscissas;

I Simétrica em torno do seu valor central, ou seja: valores de média,mediana e moda são iguais.

I Temos uma notação apropriada para representar uma variávelaleatória com distribuição normal. Ou seja, quando X for umavariável aleatória que possuir distribuição normal, temos que

X ∼ N(µ, σ2

)I Valores concentrados em torno da tendência central. No grá�co, as

áreas (probabilidades) para um, dois e três desvios padrões em tornoda média são, respectivamente:

Page 42: Distribuição Binomial e Poisson

Parâmetros da Distribuição Normal

I A distribuição normal depende dos parâmetros µ e σ2

I Curvas normais com mesma variância, porém com médias diferentes(µ2 > µ1).

Page 43: Distribuição Binomial e Poisson

In�uência de σ2 na curva da Distribuição Normal

I Curvas normais com mesma média, porém com variâncias diferentes(σ2

2> σ2

1).

Page 44: Distribuição Binomial e Poisson

Cálculo de probabilidades

P(a < X < b)

Área sob a curva e acima do eixo horizontal(X ) entre a e b

Page 45: Distribuição Binomial e Poisson

Distribuição Normal Padronizada

I Para calcular probabilidades associadas à distribuição normalapresentadas anteriormente, costuma-se transformar a variáveloriginal do problema X , em unidades padronizadas. Ou seja, éde�nida uma variável Z , onde

Z =X − µσ

I Com a transformação, temos um modelo bem simples:Z ∼ N (0, 1), chamada distribuição normal padrão.

I Com isso, �ca fácil determinar as probabilidades associadas à umadeterminada variável aleatória, pois existe uma tabela especí�ca decálculo de probabilidades com base na distribuição normalpadronizada.

Page 46: Distribuição Binomial e Poisson

Uso da tabela da distribuição normal padrão

I Denotamos: A(z) = P(Z ≤ z), para todo z ≥ 0.

Page 47: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Calcular P(Z ≤ 0, 32)

Logo, P(Z ≤ 0, 32) = A(0, 32) = 0, 6255

Page 48: Distribuição Binomial e Poisson

continuação

Page 49: Distribuição Binomial e Poisson

continuação

Page 50: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Calcular P(0 < Z ≤ 1, 71)

Regra: P(x < Z < y) = A(y)− A(x)

Logo, P(0 < Z ≤ 1, 71) = A(1, 71)− A(0) = 0, 9564− 0, 5 = 0, 4564

Page 51: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Calcular P(1, 32 < Z ≤ 1, 79)

Regra: P(x < Z < y) = A(y)− A(x)

Logo,P(1, 32 < Z ≤ 1, 79) = A(1, 79)−A(1, 32) = 0, 9633− 0, 9066 = 0, 0567

Page 52: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Calcular P(Z ≥ 1, 5)

Logo,P(Z ≥ 1, 5) = 1− P(Z < 1, 5) = 1− A(1, 5) = 1− 0, 9332 = 0, 0668

Page 53: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Calcular P(Z ≤ −1, 3)

Logo, P(Z ≤ −1, 3) = A(−1, 3) = 0, 0968

Page 54: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Calcular P(−1, 5 < Z ≤ 1, 5)

Regra: P(x < Z < y) = A(y)− A(x)

Logo,P(−1, 5 < Z ≤ 1, 5) = A(1, 5)− A(−1, 5) = 0, 9331− 0, 0668 = 0, 8664

Page 55: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Calcular P(−1, 32 < Z ≤ 0)

Regra: P(x < Z < y) = A(y)− A(x)

Logo, P(−1, 32 < Z ≤ 0) = A(0)−A(−1, 32) = 0, 9066− 0, 5 = 0, 4066

Page 56: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Calcular P(−2, 30 < Z ≤ −1, 49)

Regra: P(x < Z < y) = A(y)− A(x)

Logo, P(−2, 30 < Z ≤ −1, 49) = A(−1, 49)− A(−2, 30) =0, 9066− 0, 5 = 0, 4066

Page 57: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Calcular P(−1, 0 < Z ≤ 2, 0)

Regra: P(x < Z < y) = A(y)− A(x)

Logo,P(−1, 0 < Z ≤ 2, 0) = A(2, 0)− A(−1, 0) = 0, 9772− 0, 1586 = 0, 8186

Page 58: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Como encontrar o valor da distribuição N (0, 1) tal queP(Z ≤ z) = 0, 975?

Note que z é tal que A(z) = 0, 975. Pela tabela, z = 1, 96.

Page 59: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Como encontrar o valor da distribuição N (0, 1) tal queP(0 < Z ≤ z) = 0, 4975?

Note queP(0 < Z ≤ z) = 0, 4975 =⇒ A(z)− A(0) = 0, 4975 =⇒ A(z) = 0, 9975.Pela tabela, z = 2, 81.

Page 60: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Como encontrar o valor da distribuição N (0, 1) tal que P(Z ≥ z) = 0, 3?

Note que P(Z ≥ z) = 0, 3 =⇒ 1− P(Z < z) = 0, 3 =⇒ A(z) = 0, 7.Pela tabela, z = 0, 53.

Page 61: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Como encontrar o valor da distribuição N (0, 1) tal queP(Z ≥ z) = 0, 975?

Note queP(Z ≥ z) = 0, 975 =⇒ 1− P(Z < z) = 0, 975 =⇒ A(z) = 0, 025. Pelatabela, z = −1, 96.

Page 62: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Como encontrar o valor da distribuição N (0, 1) tal queP(Z ≤ z) = 0, 10?

Note que pela tabela, z = −1, 28.

Page 63: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Como encontrar o valor da distribuição N (0, 1) tal queP(−z < Z ≤ z) = 0, 80?

Note neste caso que P(Z < −z) = P(Z > z) = 0, 1 Logo, pela tabela,P(Z < z) = A(z) = 0, 90 e assim, z = 1, 28.

Page 64: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

Seja X ∼ N (10; 64)(µ = 10, σ2 = 64 e σ = 8

)Calcular P(6 ≤ X ≤ 12)

I Note que P(6 ≤ X ≤ 12) = P(6−10

8≤ X−10

8≤ 12−10

8

)=

P (−0, 5 < Z < 0, 25)

I Logo, P (−0, 5 < Z < 0, 5) = A(0, 25)− A(−0, 5) =0, 5987− 0, 3085 = 0, 2902.

Page 65: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

I Suponha que o comprimento médio de recém-nascidos do sexofeminino não-portadores de anomalias seja 48,54cm. Além disso,sabemos que o desvio padrão da variável é igual a 2,5cm.

I Qual é a probabilidade de haver na população indivíduos comcomprimento maior ou igual à 48,54?

Resposta: Queremos então obter P(X ≥ 48, 54). Logo:

P(X ≥ 48, 54) = P

(X − µσ

≥ 48, 54− 48, 542, 5

)= P(Z ≥ 0).

A tabela fornecida calcula probabilidades da forma P(X ≤ x) ouP(X < x). Por isso,

P(Z ≥ 0) = 1− P(Z < 0) = 1− 12=

12

Page 66: Distribuição Binomial e Poisson

continuação

I Qual é a probabilidade do comprimento ser menor que 44,79cm?

Resposta:

P(X < 44, 79) = P

(X − µσ

<44, 79− 48, 54

2, 5

)= A(−1, 5) = 0, 0668

Page 67: Distribuição Binomial e Poisson

continuação

I Qual é a probabilidade do comprimento ser superior à 47,29cm?

Resposta:

P(X > 47, 29) = P

(X − µσ

>47, 29− 48, 54

2, 5

)= P(Z > −0, 5)

Novamente, é importante lembrar que a tabela fornecida calculaprobabilidades da forma P(X ≤ x) ou P(X < x). Por isso,

P(Z > −0, 5) = 1− P(Z < −0, 5) = 1− 0, 3085 = 0, 6915

Page 68: Distribuição Binomial e Poisson

continuação

I Qual é a probabilidade de indivíduos terem comprimento entre46,04cm e 51,04cm?

Resposta:

P(46, 04 ≤ X ≤ 51, 04) = P

(46, 04− 48, 54

2, 5≤ X − µ

σ≤ 51, 04− 48, 54

2, 5

)= P(−1 ≤ Z ≤ 1)

I No caso da distribuição normal padrão, temos uma propriedadeespecial:

P(a ≤ Z ≤ b) = P(Z ≤ b)− P(Z ≤ a)

I Logo,

P(−1 ≤ Z ≤ 1) = P(Z ≤ 1)−P(Z ≤ −1) = 0, 8643−0, 1587 = 0, 7056

Page 69: Distribuição Binomial e Poisson

continuação

I Qual é o limite inferior nas crianças com maior comprimento, cujopercentual é de 5% na população?

Resposta: Neste tipo de situação, faremos o caminho inverso. Aoinvés de encontrar a probabilidade, precisamos encontrar o menorvalor dentre os maiores comprimentos. Sabemos que as maiorescrianças correspondem à 5%. Ou seja, precisamos então encontrar ovalor de x tal que

P

(Z ≤ x − 48, 54

2, 5

)= 0, 95

Logo, pesquisando na tabela, vemos então que

x − 48, 542, 5

= 1, 65 ∴ x = 1, 65× 2, 5+ 48, 54 = 52, 67cm

Ou seja, 5% das crianças nasce com comprimento superior à 52,67.Neste exercício o valor de x é chamado de percentil 95.

Page 70: Distribuição Binomial e Poisson

Comentários adicionais da distribuição normal

Page 71: Distribuição Binomial e Poisson

EXEMPLO

I Suponha que temos X variável aletória com distribuição normal commédia 60 e variância igual a 64. Ou seja: X ∼ N (60, 64).

I Considerando as áreas sob a distribuição (probabilidades) em relaçãoao desvio padrão, seria possível a�rmar para este exemplo que

P(µ± σ) = P(52 ≤ X ≤ 68) = 0, 6826

P(µ± 2σ) = P(44 ≤ X ≤ 76) = 0, 9546

P(µ± 3σ) = P(36 ≤ X ≤ 84) = 0, 9974