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III- PROBABILIDADE Professora Nanci de Oliveira O termo probabilidade É usado na conversação diária para sugerir um certo grau de incerteza sobre acontecimentos do passado, do futuro ou do presente. Exemplos: – A “probabilidade” de um certo time ganhar é pequena. – A “probabilidade” de um aluno obter bom resultado numa prova é grande. FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 2 Utilização da probabilidade A probabilidade desempenha papel importante em muitas situações que envolvam uma tomada de decisão. Exemplo: – Suponhamos que um empresário deseja lançar um novo produto no mercado. Ele precisará de informações sobre a “probabilidade” de sucesso para seu novo produto. • É útil em diversas áreas do conhecimento humano: – Administração de Empresas – Economia – Psicologia – Biologia – outros ramos da ciência FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 3 DESENVOLVIMENTO DA PROBABILIDADE • Século XVII (jogos de azar): – Primeiros estudos de probabilidade – Matemáticos responsáveis: Fermat e Pascal • Curiosidade histórica: • Numa viagem à cidade de Poitou(antiga província da França), De Méré apresentou a Pascal um problema que fascinara os jogadores desde a Idade Média: “Como dividir a aposta num jogo de dados que necessite ser interrompido?“ • A propósito desse problema iniciou-se uma troca de correspondência entre Pascal (francês) e o matemático Pierre Fermat (francês), que se tornou histórica. As suas cartas contendo as reflexões de ambos sobre a resolução de certos problemas de jogos de azar, são considerados os documentos fundadores da Teoria das Probabilidades. FERMAT PASCAL FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 4 DESENVOLVIMENTO DA PROBABILIDADE • Jerónimo Cardano (1501-1576), italiano, escreveu um trabalho notável sobre probabilidades: “Livros sobre jogos de azar”, mas só apareceu impresso em 1663. • Laplace (1749-1827), francês, enunciou pela primeira vez a definição clássica de probabilidade. LAPLACE CARDANO FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 5 DESENVOLVIMENTO DA PROBABILIDADE • Gauss (1777-1855): alemão - as aplicações do cálculo de probabilidade se voltaram decisivamente para a ciência. • Século XX: – Desenvolvimento de uma teoria matemática rigorosa, baseada em axiomas, definições e teoremas. – Kolmogorov – soviético (Moscou), participou das principais descobertas científicas do século XX nas áreas de probabilidade e estatística , propôs uma axiomática completa e consistente do cálculo de probabilidades. KOLMOGOROV GAUSS FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 6 EXPERIMENTO ALEATÓRIO • É aquele fenômeno que, mesmo repetidos várias vezes, sob condições semelhantes, apresentam resultados imprevisíveis. FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 7 ESPAÇO AMOSTRAL ( S ) Espaço amostral ou conjunto universo é o conjunto formado por todos os resultados possíveis de um experimento aleatório. FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 8 EVENTO Evento é qualquer subconjunto do espaço amostral S de um experimento aleatório. FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 9 PROBABILIDADE O sucesso da ocorrência de um experimento qualquer A é dado por: Observação: A probabilidade é sempre expressa por um número puro, ou seja, sem unidade de medida. FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 10 EXEMPLO 1 Considerando o lançamento de um dado não viciado, qual a probabilidade de ocorrer um número ímpar? Experimento aleatório: lançamento de um dado Espaço amostral: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Evento: A = {ocorrer um número ímpar} = {1,3,5} 𝑷 𝑨 = 𝒏(𝑨) 𝒏(𝑺) = 𝟑 𝟔 = 𝟏 𝟐 = 𝟎,𝟓 𝒐𝒖 𝟓𝟎% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 11 Considerando uma partida de futebol entre dois times A e B, qual a probabilidade do time A vencer a partida? Experimento aleatório: partida de futebol Espaço amostral: S = {A vence, A perde, A empata} Evento: E = {o time A vence a partida} 33%ou 0,33 n(S) n(E) P(E) 3 1 EXEMPLO 2 FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 12 Extrai-se uma só carta de um baralho com 52 cartas. Determine a probabilidade de obter: a) Um valete. b) Um dez de paus. c) Um rei. Antes da solução desse exemplo, vamos lembrar como é composto o baralho completo... EXEMPLO 3 FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 13 BARALHO COMPLETO - 52 CARTAS • 4 NAIPES • 13 CARTAS DE CADA NAIPE: ✓ um ÁS (representado pela letra A) ✓ todos os NÚMEROS de 2 a 10 ✓ três figuras: ▪ o VALETE - letra J (jack) ▪ a DAMA (RAINHA) - letra Q (queen) ▪ o REI - letra K (king). • Ao ÁS geralmente é dado o valor 1. • Às figuras são dados, respectivamente, os valores 11, 12 e 13. • Alguns jogos também incorporam um par de cartas com valor especial, e que nunca aparecem com naipe, os Coringas. NAIPES: FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 14 Determine a probabilidade de obter: a) Um valete. RESPOSTA: 0,0769 ou 7,69 % FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 15 𝑃 𝐸 = 452 = 1 13=0,0769 Determine a probabilidade de obter: b) Um dez de paus. RESPOSTA: 0,0192 ou 1,92 % FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 16 𝑃 𝐸 = 152 = 0,0192 Determine a probabilidade de obter: c) Um rei. RESPOSTA: 0,0769 ou 7,69 % FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 17 𝑃 𝐸 = 452 = 1 13=0,0769 AXIOMAS (REGRAS QUE DEFINEM PROBABILIDADE) n(S) = n, ou seja, o número de elementos do espaço amostral S é n. 1) A PROBABILIDADE DO “EVENTO CERTO” É IGUAL A 1 P(S) = 1 EXEMPLO No lançamento de um dado honesto, qual a probabilidade de ocorrer um número menor que 7? Espaço amostral: S= {1, 2, 3, 4, 5, 6} Evento: A = {ocorrer um número menor que 7} = {1, 2, 3, 4, 5, 6} A é evento certo. Veja que A = S. 100% ou n(S) n(A) P(A) 1 6 6 FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 18 2) A PROBABILIDADE DO “EVENTO IMPOSSÍVEL” É IGUAL A ZERO P()= 0 EXEMPLO Ao lançarmos um dado honesto, qual a probabilidade de dar resultado igual a 8? Espaço amostral: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Evento: A = {o resultado é igual a 8} = { } A é evento impossível! Logo, P(A)= P() = 0 FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 19 0 6 0 n(S) n(A) P(A) 3) A PROBABILIDADE DO “ EVENTO B” QUALQUER ( B S ) É 0 P(B) 1 EXEMPLO Qual é a probabilidade de sair um número par no lançamento de um dado honesto? Espaço amostral: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Evento: A = {sair um número par} = {2, 4, 6} 𝑷 𝑨 = 𝒏(𝑨) 𝒏(𝑺) = 𝟑 𝟔 = 𝟏 𝟐 = 𝟎,𝟓 FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 20 EVENTOS COMPLEMENTARES Sendo: p = probabilidade de que ocorra um evento (SUCESSO) q = probabilidade que o evento não ocorra (FRACASSO) existe sempre a relação p + q = 1 p = 1 – q para um mesmo evento FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 21 EXEMPLO 1 – EVENTOS COMPLEMENTARES No tratamento de uma doença, a probabilidade de cura é 0,98. Então: p = P(A) = probabilidade de cura da doença (SUCESSO) q = P( ҧ𝐴) = probabilidade de não cura da doença (FRACASSO) p = 0,98 ou 98% q = 1 – p = 1-0,98 = 0,02 ou 2% é o evento complementar Temos: p + q = 0,98 + 0,02 = 1 ou 100% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 22 A probabilidade de um aluno resolver um problema é de 3/7. Qual a probabilidade de que o problema não seja resolvido? 𝒑 = 𝟑 𝟕 𝑞 = 1 − 𝑝 = 1 − 3 7 = 7 7 − 3 7 = 4 7 = 0,5714 ou 57,14% RESPOSTA: 57,14% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 23 EXEMPLO 2 – EVENTOS COMPLEMENTARES TEOREMA DA SOMA P(AB) = P(A) + P(B) - P(AB) Dizemos que dois ou mais eventos são mutuamente exclusivos quando a realização deum exclui a realização do outro ou dos outros. Para A e B mutuamente exclusivos, temos AB = { } e P(AB) = 0, então: P(AB) = P(A) + P(B) FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 24 EXEMPLO 1 – TEOREMA DA SOMA FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 25 No lançamento de um dado, temos: De uma urna com 3 bolas brancas, 5 pretas e 10 azuis, é retirada dessa urna uma bola aleatoriamente. Determinar a probabilidade de a bola ser azul ou preta. P(AP) = P(A) + P(P) = = 10 18 + 5 18 = 15 18 = 0,8333 𝑜𝑢 83,33% RESPOSTA: 83,33% EXEMPLO 2 – TEOREMA DA SOMA FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 26 3 Brancas 5 Pretas 10 Azuis Dois dados são lançados conjuntamente. Determine a probabilidade de a soma dos resultados ser 10 ou maior que 10. n(S) = 36 A = {a soma é 10} B = {a soma é 11} C = {a soma é 12} P(SOMA ≥ 10) = P(AUBUC) = P(A) + P(B) + P(C) = 3 36 + 2 36 + 1 36 = 6 36 = 0,1667 𝑜𝑢 16,67% RESPOSTA: 16,67% EXEMPLO 3 – TEOREMA DA SOMA FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 27 36 somas Durante uma dada semana as probabilidades de que uma ação na bolsa de valores aumente sua cotação (A), ou permaneça constante (C), ou diminua (D), foram estimadas respectivamente: 0,30; 0,20 e 0,50. Determine a probabilidade de: a) a cotação desta ação aumentar ou permanecer constante. b) a cotação desta ação se alterar durante a semana. FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 28 EXEMPLO 4 – TEOREMA DA SOMA P(A)= 0,30 P(C) = 0,20 P(D) = 0,50 a) a cotação desta ação aumentar ou permanecer constante. P(A C) = P(A) + P(C) = 0,30 + 0,20 = 0,50 ou 50% b) a cotação desta ação se alterar durante a semana. P(A D) = P(A) + P(D) = 0,30 + 0,50 = 0,80 ou 80% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 29 EXEMPLO 4 – SOLUÇÃO TEOREMA DO PRODUTO FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 30 Jogam-se duas moedas honestas. Qual a probabilidade de ambas darem CARA? Evento: Lançamento de 2 moedas S={Ca, Co} Os eventos são: A = {cara na 1ª moeda} = {Ca} B = {cara na 2ª moeda} = {Ca} A e B são independentes. EXEMPLO 1 – TEOREMA DO PRODUTO FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 31 Em um campeonato de futebol o time A tem 40% de probabilidade de ganhar a partida, o time B tem 30%. O campeonato consta de 03 partidas. Qual a probabilidade de: a) O time A ganhar as 03 partidas? b) O time B ganhar as 03 partidas? EXEMPLO 2 – TEOREMA DO PRODUTO FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 32 a) O time A ganhar as 03 partidas? P(A ∩ A ∩ A) = P(A) ∙ P(A) ∙ P(A) = = 0,40 ∙ 0,40 ∙ 0,40 = 0,064 ou 6,4% b) O time B ganhar as 03 partidas? P(B ∩ B ∩ B) = P(B) ∙ P(B) ∙ P(B) = = 0,30 ∙ 0,30 ∙ 0,30 = 0,027 ou 2,7% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 33 EXEMPLO 2 – SOLUÇÃO Num torneio de tiro ao alvo, a probabilidade de João acertar o alvo é de ½ e a de Pedro é de 3/5. Qual a probabilidade do alvo ser atingido se ambos atirarem? P(J) = ½ P(P) = 3 5 P(J∩P) = 1 2 ∙ 3 5 = 3 10 FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 34 EXEMPLO 3 – TEOREMA DO PRODUTO O alvo será atingido se João ou Pedro atingirem o alvo, mas existe a possibilidade de ambos atingirem o alvo, ou seja, João e Pedro acertarem o alvo. Logo, os eventos não são mutuamente exclusivos (por isso o Teorema da Soma deve estar completo). P(J U P ) = P(J) + P(P) - P(J ∩ P) = = P(J)+P(P) – P(J) ∙ P(P) = = 𝟏 𝟐 + 𝟑 𝟓 - 𝟏 𝟐 ∙ 𝟑 𝟓 = = 𝟏 𝟐 + 𝟑 𝟓 − 𝟑 𝟏𝟎 = 𝟓 𝟏𝟎 + 𝟔 𝟏𝟎 − 𝟑 𝟏𝟎 = 𝟖 𝟏𝟎 = 0,8 ou 80% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 35 EXEMPLO 3 – SOLUÇÃO A probabilidade de um ônibus de uma linha partir no horário é de 0,80, e a probabilidade desse ônibus partir e chegar no horário é 0,72. Qual é a probabilidade de que o ônibus chegue no horário? P(P) = 0,80 P(P ∩ C) = 0,72 P(C) = ? P(P ∩ C) = P(P) ∙ P(C) ֜ 0,72 = 0,80 ∙ P(C) ֜ 0,72 0,80 = P(C) ֜ P(C) = 0,9 ou 90% RESPOSTA: 0,90 ou 90% EXEMPLO 4 – TEOREMA DO PRODUTO FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 36 Dispõe-se de duas urnas, sendo que na primeira temos cinco bolas azuis, três pretas e quatro brancas. Na segunda temos seis azuis, quatro pretas e dez brancas, todas de mesmo raio. Se uma bola é retirada de cada urna, qual a probabilidade de ambas serem da cor azul? P(A ∩ A) = P(A) ∙ P(A) = 5 12 ∙ 6 20 = 30 240 = 1 8 = 𝟎,𝟏𝟐𝟓 𝒐𝒖 𝟏𝟐,𝟓% RESPOSTA: 12,5% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 37 EXEMPLO 5 – TEOREMA DO PRODUTO 5 Azuis 3 Pretas 4 Brancas 6 Azuis 4 Pretas 10 Brancas Total : 20 bolas Total: 12 bolas De uma urna com cinco bolas azuis, três pretas e quatro brancas, são retiradas 2 bolas, sem reposição, qual a probabilidade de ambas serem da cor azul? P(A ∩ A) = P(A) ∙ P(A) = 5 12 ∙ 4 11 = 20 132 = 𝟎,𝟏𝟓 𝒐𝒖 𝟏𝟓% RESPOSTA: 12,5% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 38 EXEMPLO 6 – TEOREMA DO PRODUTO 5 Azuis 3 Pretas 4 Brancas Total: 12 bolas Mike tem dois carros velhos. Nas manhãs frias há 20% de probabilidade de um deles não pegar e 30 % do outro não pegar também. Qual é a probabilidade de apenas um pegar? Sejam os eventos: P( ҧ𝐴) =P(A não pegar) = 20% = 0,20 ֜ P(A) = P(A pegar) = 0,80 P( ത𝐵) = P(B não pegar) = 30% = 0,30 ֜ P(B) = P(B pegar) = 0,70 P(apenas um pegar) = = P[(A pegar e B não pegar) ou (A não pegar e B pegar)] = = 𝑃[ 𝐴 ∩ ത𝐵 ∪ ҧ𝐴 ∩ 𝐵 ] = 𝑃 𝐴 ∩ ത𝐵 + 𝑃 ҧ𝐴 ∩ 𝐵 = = 𝑃 𝐴) ∙ 𝑃( ത𝐵 + 𝑃 ҧ𝐴) ∙ 𝑃(𝐵 = = 0,80 ∙ 0,30 + 0,20 ∙ 0,70 = 0,24 + 0,14 = 0,38 ou 38% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 39 EXEMPLO 7 – TEOREMA DO PRODUTO PROBABILIDADE CONDICIONAL (Seja α = S) PROBABILIDADE CONDICIONAL FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 40 EXEMPLO 1 – PROBABILIDADE CONDICIONAL FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 41 Qual a probabilidade de que esteja cursando química, dado que é mulher? mulher) serde fato ao docondiciona química,curse aluno oque de dade (probabili 150 80 P(Q/M) Utilizando a definição de probabilidade condicional: 150 80 150 250 250 80 250 150 250 80 250 150 250 80 P(M) Q)P(M P(Q/M) FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 42 EXEMPLO 1 – SOLUÇÃO Em uma pesquisa realizada com 10000 consumidores sobre a preferência da marca de sabão em pó, verificou-se que: 6500 utilizam a marca X; 5500 utilizam a marca Y; 2000 utilizam as duas marcas. Foi sorteada uma pessoa desse grupo e verificou-se que ela utiliza a marca X. Qual a probabilidade dessa pessoa ser também usuária da marca Y? n (S) = total de consumidores = 10000 A= usuário da marca X = 6500 – 2000 = 4500 B= usuário da marca Y = 5500 – 2000 = 3500 A ∩ B = usuário da marca X e Y = 2000 FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 43 EXEMPLO 2 – PROBABILIDADE CONDICIONAL n(S)= 10.000 2.000 4.500 3.500 FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 44 EXEMPLO 2 – SOLUÇÃO 44%ou 0,44 P(A) A)P(B P(A) P(A) A)P(B 9 4 9 20 5 1 20 9 5 1 20 9 5 1 )A/B(P,Logo 20 9 100 45 10000 4500 )S(n )A(n 5 1 10 2 10000 2000 )S(n )AB(n )AB(P ?)A/B(P ou )P(B/A)P(A...)P(B/A)P(A)P(B/A)P(AP(B) nn2211 TEOREMA DA PROBABILIDADE TOTAL FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 45 Uma urna contém 3 bolas brancas e 2 amarelas. Uma segundaurna contém 4 bolas brancas e 2 amarelas. Escolhe-se, ao acaso, uma urna e dela retira-se, também ao acaso uma bola. Qual a probabilidade de que a bola seja branca? Solução: P(B) = ? As urnas I e II são eventos que formam uma partição do espaço amostral S e B o evento “sair bola branca”. EXEMPLO – TEOREMA DA PROBABILIDADE TOTAL FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 46 Pelo Teorema da Probabilidade Total: Calculamos as probabilidades separadamente: Substituímos no Teorema acima: P(B/II)P(II)P(B/I)P(I)P(B) 63,33% ou 0,6333 30 19 30 10 30 9 6 2 10 3 P(B) 3 2 2 1 5 3 2 1 P(B) FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 47 DIAGRAMA EM ÁRVORE P(B)= Portanto, P(B) = 0,6333 ou 63,33% FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 48 TEOREMA DE BAYES FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 49 Temos duas urnas A e B. A urna A tem 3 moedas de ouro e 2 de prata. A urna B tem 4 moedas de ouro e 1 de prata. Seleciona-se uma urna e dela retira-se uma moeda. A moeda é de ouro. Qual a probabilidade que a urna A tenha sido a escolhida? EXEMPLO – TEOREMA DE BAYES FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 50 Solução: P(A/o) = ? Pelo Teorema de Bayes: Calculando as probabilidades: Então: Qual a probabilidade que a urna A tenha sido a escolhida (dado que a moeda é de ouro)? Eventos de S: A, B, O A e B: eventos que formam uma partição de S O = “retirar uma moeda de ouro” P(o/B)P(B)P(o/A)P(A) P(o/A)P(A) P(A/o) 42,86% ou 0,4286 7 3 P(A/o) 7 3 7 10 10 3 10 7 10 3 10 4 10 3 10 3 P(A/o) 5 4 2 1 5 3 2 1 5 3 2 1 P(A/o) FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 51 FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 52 𝟏 𝟐 𝟏 𝟐 A B o o p p 𝟑 𝟓 𝟐 𝟓 𝟒 𝟓 𝟏 𝟓 DIAGRAMA EM ÁRVORE 42,86% ou 0,4286 7 3 P(A/o) 7 3 7 10 10 3 10 7 10 3 10 4 10 3 10 3 P(A/o) 5 4 2 1 5 3 2 1 5 3 2 1 P(A/o) )()( azul) (caminho OU vermelho) (caminho vermelho caminho P(A/o) ourode moeda obterpara possíveis caminhos os todos ouro)de (moeda E A)urna da (caminho P(A/o) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COSTA NETO, Pedro Luiz de Oliveira;CYMBALISTA, Melvin. Probabilidades. 2 ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2005. CRESPO, Antônio Arnot. Estatística Fácil. São Paulo: Atual Editora, 1990. MARTINS, Gilberto de Andrade; DONAIRE, Denis. Princípios de Estatística. 4 ed. São Paulo: Atlas, 2012 (900 exercícios resolvidos e propostos). MORETTIN, Luiz Gonzaga. Estatística Básica: probabilidade. 6 ed. São Paulo: Makron Books, 1994. FATEC/2014 - PROBABILIDADE - Profª Nanci 53
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