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ESTATÍSTICA
AULA 4
Prof. Guilherme Lemermeier Rodrigues
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CONVERSA INICIAL
Iniciamos este tema chamando Larson, no livro Estatística Aplicada.
“Quando meteorologistas dizem que há uma chance de 90% de chuva ou médico
dizem que há 35% de chance de sucesso em uma cirurgia, eles estão afirmando
as possibilidades, ou probabilidades, de que um evento específico ocorra”.
Em outras palavras, quando alguém nos apresenta um dado probabilístico
não quer dizer que ele algo que efetivamente vá ocorrer, mas simplesmente que
há uma comparação relativa entre a ocorrência e a não ocorrência.
Sendo assim, a probabilidade é a tradução matemática das possibilidades
de ocorrência ou não ocorrência de um evento.
Seguindo essa esteira, quando pensamos nas aplicações da
probabilidade dentro das tomadas de decisões, na realidade estamos pensando
nas possibilidades de sucesso e insucesso do caso analisado.
Assim, é disso que se trata o estudo das probabilidades, uma análise
numérica e muito próxima da realidade de eventuais casos favoráveis e
desfavoráveis.
Portanto, voltando à ideia inicial, uma previsão do tempo traz em sentido
numérico relativo (em porcentagem) a análise do evento “ocorrência de chuva”,
ou, como no outro exemplo, há uma tradução numérica relativa do evento
sucesso em uma cirurgia.
Enfim, esse é o assunto dessa aula, a análise probabilística. Para
buscarmos melhor compreensão dos assuntos apresentados, todos os tópicos
trarão exemplificações do contexto apresentado, assim facilitando a assimilação
dos conceitos apresentados.
TEMA 1 – ESPAÇO AMOSTRAL
A análise probabilística, ou o estudo das probabilidades, precisa de um
substrato bem definido para sua sustentação.
Tendo por principal característica a comparação relativa, isto é, a
comparação entre as probabilidades, é fundamental estabelecer um palco de
atuação das personagens. Sendo assim, o estabelecimento do espaço amostral
é peça chave nessa análise.
Definimos espaço amostral S como sendo o conjunto de todos os
possíveis resultados de um experimento E.
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Importante que se diga que nesse momento de definição do espaço
amostral não se estabelecem as margens de sucesso ou insucesso
individualizadas.
Portanto, o estabelecimento do espaço amostral deve ser isento de
vontades e de busca de resultado confirmatório a uma tese.
Enfim, o espaço amostral ou conjunto universo deve corresponder,
revelar, todas as possibilidades de ocorrências do evento que se está
analisando.
Na definição do espaço amostral não se estabelece qual a possibilidade
de se ter o resultado desejado, mas sim busca-se estabelecer todos os
resultados possíveis.
Tomando por exemplo um experimento que consiste no lançamento de
um dado.
Nesse caso, o espaço amostral de um dado seria a coleção de todos os
resultados possíveis, portanto, o espaço amostra é S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}.
Outro exemplo interessante de ser analisado é a possibilidade de acerto
de seis números (sorteio) dentro de um universo de 60 números, como é o caso
da Megasena (Loteria da Caixa Econômica Federal).
Crédito: Joa Souza/Shutterstock.
Nesse caso, temos um total de 6 números escolhidos dentre 60. Portanto,
uma combinação de 60 números tomados de 6 e 6.
Matematicamente, como não interessa a ordem de sorteio, usamos a
fórmula do estudo de análises combinatórias, combinação:
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𝑪𝑪
𝒏𝒏,𝒑𝒑= 𝒏𝒏!𝒑𝒑!∙(𝒏𝒏−𝒑𝒑)!
Onde:
𝑛𝑛 = número de elementos do universo
𝑝𝑝 = número de elementos que se deseja dentro do universo
Sendo assim,
𝑛𝑛 = 60 números (total de números no cartão)
𝑝𝑝 = 6 números (total de números que devem ser selecionados na aposta)
C
60,6= 60!6!∙(60−6)1=
=
60!
6! ∙ 54!
=
60 ∙ 59 ∙ 58 ∙ 57 ∙ 56 ∙ 55 ∙ 54!
6 ∙ 5 ∙ 4 ∙ 3 ∙ 2 ∙ 1 ∙ 54!
=
60 ∙ 59 ∙ 58 ∙ 57 ∙ 56 ∙ 55
6 ∙ 5 ∙ 4 ∙ 3 ∙ 2 ∙ 1
50.063.860
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Portanto, nesse caso, teremos um universo de 50.063.860 de
combinações possíveis de se ter o resultado com 6 números.
TEMA 2 – EVENTO
Evento é qualquer conjunto de resultados de um experimento que na
análise está dentro do espaço amostral, sendo assim vetada a ideia de um
evento externo ao universo no qual se está analisando.
Estudaremos dois tipos de eventos: evento simples e evento composto.
2.1 Evento simples
É aquele formado por um único elemento do espaço amostral.
Exemplificando: no lançamento de um dado não viciado, cujo espaço
amostral é de 6 elementos S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}.
Crédito: Juan Camilo Jaramillo/shutterstock.
Um evento simples é resultado da face voltada para cima, no caso da
imagem, o resultado 6. Nesse caso teremos somente o evento E = {6}
Outro exemplo interessante é um lançamento de uma moeda não
viciada.
6
Crédito: Fat Jackey/Shutterstock.
A moeda tem um espaço amostral de dois elementos:
S = (cara, coroa). Nesse caso, temos o evento simples de ocorrer a face
coroa e, também, outro evento simples na ocorrência da face cara.
2.2 Evento Composto
É aquele que possui mais de um elemento do espaço amostral.
Exemplificando: no lançamento de um dado não viciado, cujo espaço
amostral é de 6 elementos S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}.
Crédito: Viktor Fedorenko/Shutterstock.
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Um evento composto é resultado da face voltada para cima, no caso da
imagem, o resultado seja um número par. Nesse caso teremos três elementos
no evento: E = {2,4,6}, portanto um evento composto.
Outro exemplo seria o caso do lançamento sucessível (uma após a
outra) de duas moedas honestas, no qual importa a ordem dos resultados, em
que termos como resultado a combinação E = {(cara, cara)}
Crédito: Marcusvdt/Shutterstock.
Sendo que nesse caso o espaço amostral (resultados possíveis):
S = {(cara, cara), (cara coroa), (coroa, coroa), (coroa, coroa)}
2.3 Evento Certo
Um evento certo é aquele que sempre ocorrerá, isto é, é um tipo de
evento que em todas as realizações da experiência sempre ocorrerá.
Esse tipo de evento é representado pelo próprio conjunto que define o
espaço amostral.
Exemplificando: no lançamento de um dado não viciado, cujo espaço
amostral é de 6 elementos S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}.
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Crédito: Cameramannz/Shutterstock.
Um evento certo é resultado da face voltada para cima. No caso da
imagem, o resultado seja um número maior ou igual a 1 e menor e igual a 6.
Em outras palavras, um número entre 1 e 6 incluindo os extremos.
Nesse caso, teremos todas os seis elementos do universo: E = {1, 2, 3,
4, 5, 6} e, portanto, um evento certo.
2.4 Evento impossível
Um evento impossível é aquele que nunca ocorrerá, isto é, é um tipo de
evento que não tem possibilidade de acontecer.
Esse tipo de evento é representado pelo conjunto vazio.
Exemplificando: no lançamento de um dado não viciado, cujo espaço
amostral é de 6 elementos S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}.
Crédito: Cristina Nakamura/Shutterstock
Um evento impossível é resultado da face voltada para cima, no caso da
imagem, seja o número 7.
Note que o dado não tem nenhuma face com o número 7.
Portanto o evento será:
Isto é, o evento não tem elemento algum.
2.5 Evento soma
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Evento soma ou evento união é aquele evento que resulta da realização
de pelo menos um dos eventos do experimento.
Exemplificando: considerando um baralho completo (52 cartas, 4
naipes).
Crédito: Maak/Shutterstock.
Retira-se duas cartas querendo os resultados uma carta do naipe de
espadas ou uma carta Ás.
Figura 9
Crédito: Uglegorets/Shutterstock
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Crédito: Nerthuz/Shutterstock.
Nesse caso, basta um dos eventos ocorrer que o experimento estará
satisfeito.
2.6 Evento Produto
Evento produto ou intersecção é aquele evento que resulta da realização
de todas as condições do evento do experimento.
Exemplificando: considerando um baralho completo (52 cartas,4
naipes).
Crédito: Maak/Shutterstock.
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Retira-se uma carta querendo o resultado seja uma carta Ás do naipe de
espadas.
Crédito: Uglegorets/Shutterstock.
Crédito: Stephen Marques/Shutterstock.
Nesse caso, as duas condições do evento devem ocorrer para que o
experimento seja satisfeito.
2.7 Evento mutuamente exclusivo
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Um evento mutuamente exclusivo é aquele que os eventos do
experimento não puderem ocorrer simultaneamente, ou seja, a ocorrência de
um exclui a ocorrência do outro. Isto é, acontece um outro.
Exemplificando: no lançamento de um dado não viciado, cujo espaço
amostral é de 6 elementos S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}.
Crédito: Tviolet/Shutterstock.
Observa-se o evento do número com a face para cima ser par ou ímpar.
Nesse caso, temos dois eventos que ocorrem separadamente um do
outro sem ponto comum.
𝑭𝑭𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂 𝒑𝒑𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂: 𝑬𝑬𝟏𝟏 = {𝟐𝟐,𝟒𝟒,𝟔𝟔}
𝑭𝑭𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂 Í𝒎𝒎𝒑𝒑𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂: 𝑬𝑬𝟐𝟐 + {𝟏𝟏,𝟑𝟑,𝟓𝟓}
Note que nesse caso não há elemento comum aos eventos, eles são
independentes. Não há intersecção.
TEMA 3 – PROBABILIDADE E DISTRIBUIÇÃO DE PROBABILIDADE
3.1 Probabilidade
A probabilidade de um acontecimento é a relação entre o número de
casos favoráveis e o número de casos possíveis.
Exemplificando: no lançamento de um dado não viciado, cujo espaço
amostral é de 6 elementos S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, qual probabilidade de termos o
número 3 como resultado (face para cima)?
• espaço amostra: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, sendo então 6 possibilidades; e
• evento: E = {3}, sendo então 1 possibilidade.
Desta forma, a probabilidade desse experimento:
𝑷𝑷𝑬𝑬
𝑺𝑺=
𝟏𝟏
𝟔𝟔
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Esse resultado em valor absoluto:
𝟏𝟏
𝟔𝟔
≅ 𝟎𝟎,𝟏𝟏𝟔𝟔𝟔𝟔𝟏𝟏
Em valores relativos:
𝟏𝟏
𝟔𝟔
≅ 𝟎𝟎,𝟏𝟏𝟔𝟔𝟔𝟔𝟏𝟏 = 𝟏𝟏𝟔𝟔,𝟔𝟔𝟏𝟏%
Portanto, a probabilidade de acontecer esse evento é de 16,67% em
relação a todos os possíveis resultados do lançamento de um dado.
3.2 Distribuição de probabilidade
Uma distribuição de probabilidade é um modelo matemático para a
distribuição real de frequências.
Exemplificando: considerando uma escola na qual se verifica a
quantidade de faltas diárias, ausências de alunos em uma determinada turma
durante 30 dias de aulas.
Número de faltas
diárias (ausências)
Número de alunos
faltantes (ausentes)
0 18
1 5
2 3
3 2
4 1
5 1
Total 30
Fonte: Rodrigues, 2021.
A Distribuição de probabilidade desse evento:
Número de faltas diárias
(ausências)
Número de
alunos faltantes
(ausentes)
Probabilidade
absoluta
Probabilidade relativa
(%)
0 18 18/30 = 0,6 60
1 5 0,1667 16,67
2 3 0,1 10
3 2 0,0667 6,67
4 1 0,0333 3,33
5 1 0,0333 3,33
Total 30 1 100
Fonte: Rodrigues, 2021.
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TEMA 4 – DISTRIBUIÇÃO BINOMIAL
A distribuição binomial é uma distribuição discreta de probabilidade que é
usada quando o processo de amostragem é do tipo binomial, ou comumente
chamado de processo de Bernoulli.
Esse processo de amostragem se caracteriza quando:
1. em cada tentativa existem dois resultados possíveis e mutuamente
exclusivos (sucesso e insucesso);
2. as tentativas ou observações são eventos independentes; e
3. a probabilidade de sucesso é permanece constante ao longo do processo.
Geralmente, denomina-se p a probabilidade de um evento acontecer e q
a probabilidade de o evento não acontecer. Portanto, temos p + q = 1. Isto é, a
chance de sucesso somada com a chance de insucesso totaliza 1, em número
relativo isso representa100%.
Para efeito de cálculo, denominaremos q = 1 – p é a probabilidade de
que o evento não ocorra
Onde:
• N = Total de tentativas; e
• X = Números de ocorrências desejáveis.
Exemplo:
Determinar a probabilidade de ocorrer três vezes o n° 6 em cinco (5)
lances de um dado honesto.
Temos:
• p = 1/6 (chance favorável);
• q= 5/6 (chance não favorável);
• N = 5 (total de tentativas); e
• X = 3 (número de ocorrências desejáveis).
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TEMA 5 – DISTRIBUIÇÃO DE POISSON E DISTRIBUIÇÃO NORMAL
5.1 Distribuição de Poisson
A distribuição de Poisson pode ser usada para determinar a probabilidade
de um dado número de sucessos quando os eventos ocorrem sem interrupções,
isto é, há um fluxo constante de acontecimentos.
A distribuição de Poisson se assemelha à distribuição binomial, porém a
diferença fica por conta de tomarmos um média para os eventos favoráveis.
Desta forma, não precisando lidar com a possibilidade desfavorável.
Vendo a fórmula:
Onde:
Exemplificando: Supondo que a tutoria de uma disciplina recebe em
média 10 pedidos, por dia, de orientação em relação ao conteúdo. Qual a
probabilidade de que, de forma aleatória, seja feita a escolha de um dia que
tenha 4 tutorias para compor um relatório?
5.2 Distribuição normal
Na definição de Castanheira (2010, p. 167), “a distribuição normal de
probabilidade é uma distribuição de probabilidade contínua que é simétrica em
relação à média e mesocúrtica e assíntota em relação ao eixo das abscissas, em
ambas as direções”.
A distribuição normal é representa por uma curva é conhecida como Curva
de Gauss.
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Figura 15 –
Fonte: Rodrigues, 2021.
Essa distribuição tem muita importância nos estudos estatísticos por nos
trazer uma análise das médias e do desvio padrão.
NA PRÁTICA
A probabilidade oferece a oportunidade estratégica de se ter uma previsão
de como e quando os eventos podem acontecer, isto é, a probabilidade é uma
ferramenta muito importante na tomada de decisão, pois ela permite de forma
científica prever situações favoráveis ou até mesmo desfavoráveis em diversos
eventos.
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FINALIZANDO
Nesta aula, você pôde perceber como o mundo matemático da
probabilidade está intimamente ligado às análises de ambientes e às tomadas
de decisões.
Dentro dos estudos da estatística, essa parte de estimação de resultados
tem absoluta relevância nas estratégias de diversas empresas e governos. Isso
vai de estudos de viabilidade de sucesso de novos empreendimentos até
políticas sociais, principalmente as de saúde pública, a exemplo no caso de
grandes epidemias.
Enfim, aqui você teve uma introdução aos assuntos. Agora é estudar e se
aprofundar.
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REFERÊNCIAS
CASTANHEIRA, N. P. Estatística Aplicada a todos os níveis. 5. ed. Curitiba:
IBPEX, 2010.
LARSON, F. Estatística Aplicada. 4. Ed. São Paulo: Pearson, 2011.