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Noções de Probabilidade ESTATÍSTICAS DESCRITIVAS: Estudar uma variável a partir de um conjunto de resultados PROBABILIDADE: – expressa por meio de números a possibilidade de ocorrência do(s) valor(es) de uma variável – estuda os fenômenos aleatórios Estudar como ocorrem os resultados de uma variável, baseado em suposições a respeito do processo estudado Experimento Aleatório ou Fenômeno Aleatório Situações ou acontecimentos cujos resultados não podem ser previstos com certeza Características: - Pode ser repetido várias vezes, sob as mesmas condições - Apresenta uma regularidade nas frequências dos resultados, quando repetido inúmeras vezes Exemplos: 1- Retirar uma peça de uma linha de produção e verificar se ela satisfaz as especificações Experimento Aleatório ou Fenômeno Aleatório 2- Retirar duas peças de uma linha de produção classificá-las como: Boa, Defeituosa e Recuperável 3- Ligar 20 computadores em um laboratório e contar o nº de computadores com falhas, após um período de tempo 4- Observar uma amostra de n peças quanto ao nº de peças com defeito 5- Contar nº de peixes em um grande reservatório 6- Medir a velocidade de uma reação química 7- Medir o comprimento de uma barra de aço 8- Medir o tempo de vida de um componente eletrônico Espaço Amostral (S) Conjunto de todos os resultados possíveis de um experimento aleatório 1- Retirar uma peça de uma linha de produção e verificar se ela satisfaz as especificações S1 = { Sim, Não} 2- Retirar duas peças de uma linha de produção classificá-las como: Boa, Defeituosa e Recuperável S2 = { BB, BD, BR, DB, DD, DR, RB, RD, RR} 3- Ligar 20 computadores em um laboratório e contar o nº de computadores com falhas, após um período de tempo S3 = { 0, 1, 2, 3, ..., 20} Espaço Amostral (S) 4- Observar numa amostra de n peças qual ao nº de peças com defeito 5- Contar nº de peixes em um grande reservatório 6- Medir a tempo de uma reação química 7- Medir o comprimento de uma barra de aço 8- Medir o tempo de vida de um componente eletrônico X: Tempo Y: Comprimento T: Tempo de vida S6 = { x Є R; x > 0} = ]0,+∞) S7 = { y Є R; y > 0} = ]0,+∞) S8 = { t Є R; t 0} = [0,+∞) S4 = { 0, 1, 2, 3, ..., n} S5 = { 0, 1, 2, 3, ...} Eventos (A, B, C, ...) Subconjunto do espaço amostral de um experimento aleatório Retirar duas peças de uma linha de produção classificá-las como: Boa, Defeituosa e Recuperável S = { BB, BD, BR, DB, DD, DR, RB, RD, RR} Evento A: as duas peças com classificação igual A = { BB, DD, RR} Evento B: pelo menos uma peça é defeituosa B = { BD, DB, DD, DR, RD} B D R B D R B D R B D R Eventos (A,, B, C, ...) Subconjunto do espaço amostral de um experimento aleatório Medir o tempo de vida de um componente eletrônico Evento A: tempo de vida superior a 1000 horas A = {t Є R; t > 1000} = ]1000,+∞) Evento B: tempo de vida de 3000 a 6000 horas B = {t Є R; 3000 ≤ t ≤ 6000} = [3000, 6000] S = { t Є R; t 0} = [0,+∞) Tipos de Eventos Evento certo (S) Evento A: observar um nº de um a seis A = {1, 2, 3, 4, 5, 6} = S Evento impossível (Ø) Evento B: observar um nº maior do que seis B = Ø C = { 2, 4, 6} Evento composto Evento C: observar um nº par D = {2} Evento D: observar o nº doisEvento simples Considere o lançamento de um dado: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Tipos de Eventos Evento complementar O complemento do evento A é o conjunto dos resultados do espaço amostral que não estão no evento A Notação: Ā Ac A’ Medir o tempo de vida de um componente eletrônico Evento A: tempo de vida superior a 1000 horas A = {t Є R; t > 1000} = ]1000,+∞) S = { t Є R; t 0} = [0,+∞) Evento Ā: tempo de vida igual ou inferior a 1000 horas Ā = {t Є R; 0 ≤ t ≤ 1000} = [0,1000] Tipos de Eventos C = { 2, 4, 6}Evento C: observar um nº par Considere o lançamento de um dado: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Evento complementar O complemento do evento A é o conjunto dos resultados do espaço amostral que não estão no evento A Notação: Ā Ac A’ Evento D: observar o nº dois D = {2} Evento : observar um nº imparC= { 1, 3, 5}C = {1, 3, 4, 5, 6}D Tipos de Eventos Eventos mutuamente excludentes (exclusivos) Dois eventos A e B são eventos mutuamente excludentes (exclusivos) se eles não podem ocorrer simultaneamente Medir o tempo de vida de um componente eletrônico Evento A: tempo de vida superior a 1000 horas A = {t Є R; t > 1000} = ]1000,+∞) S = { t Є R; t 0} = [0,+∞) Evento B: tempo de vida igual ou inferior a 500 horas B = {t Є R; 0 ≤ t ≤ 500} = [0,500] A e B são eventos mutuamente excludentes C e D são eventos mutuamente excludentes Evento C: observar um nº impar Considere o lançamento de um dado: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Evento D: observar o nº dois C = { 1, 3, 5} D = {2} Operações com Eventos União Evento A: as duas peças com classificação igual A = {BB, DD, RR} Evento B: a primeira peça recuperável B = {RB, RD, RR} Evento E: as duas peças com classificação igual ou a primeira peça recuperável E = A U B = {BB, DD, RB, RD, RR} A união de dois eventos A e B é o evento (E) que consiste em todos os resultados que estão contidos nos dois eventos Notação: BAE Retirar duas peças de uma linha de produção classificá-las como: Boa, Defeituosa e Recuperável S = { BB, BD, BR, DB, DD, DR, RB, RD, RR} Operações com Eventos Interseção A interseção de dois eventos A e B é o evento (E) que consiste em todos os resultados que estão contidos em ambos os eventos simultaneamente Notação: BAE E = A B = {RR} Evento E: as duas peças com classificação igual e a primeira peça recuperável Evento A: as duas peças com classificação igual A = {BB, DD, RR} Evento B: a primeira peça recuperável B = {RB, RD, RR} Retirar duas peças de uma linha de produção classificá-las como: Boa, Defeituosa e Recuperável S = { BB, BD, BR, DB, DD, DR, RB, RD, RR} Dois eventos A e B são eventos mutuamente excludentes (exclusivos) se eles não podem ocorrer simultaneamente BAE Ø Evento C: observar um nº impar Considere o lançamento de um dado: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Evento D: observar o nº dois C = { 1, 3, 5} D = {2} = {1, 2, 3, 5}DCE Evento E: observar um nº impar ou o nº dois Evento E: observar um nº impar e o nº dois DCE Ø Diagrama de Venn S B A ocorre A ou B ? ocorrem A e B simultaneamente? Ambos ocorrem Simultaneamente? não ocorre A? Ocorre tudo mas não ocorre A? ocorre somente A ? ocorre A e B não ocorre? não ocorre nem A e nem B ? A ou B não ocorrem? não ocorrem A e B simultaneamente? Ambos não ocorrem Simultaneamente? BA BA BA A _________ BA BA _________ BA BA Considere o tempo, em segundos, para carregar uma página da web - Obter os seguintes eventos com representação geométrica (intervalos na reta dos reais): A = mais do que 5 e no máximo igual 10 segundos B = mais do que 10 segundos C = mais do que 8 segundos BAE BAD CAF AG Tempo (T), em segundos, para carregar uma página da web A = mais do que 5 e, no máximo igual 10 segundos }0 ;{ ttS }105 ;{ ttA B = mais do que 10 segundos C = mais do que 8 segundos }10 ;{ ttB }8 ;{ ttC BAD BAE }5 ;{ ttD CAF E AG }108 ;{ ttF }10 50 ;{ tttG Como atribuir probabilidade aos elementos do espaço amostral? Definições de Probabilidade Se um experimento aleatório possuir n(S) resultados mutuamente exclusivos e igualmente prováveis (equiprováveis) e se um evento A tiver n(A) desses resultados. A probabilidade do evento A representada por P(A), é dado por: Definição Clássica ou a priori S A Sn An AP # # )( )( )( Espaço amostral é finito e enumerável S A Sn An AP # # )( )( )( Evento B: as duas peças defeituosas B = {DD} %11,111111,0 9 1 # # )( )( )( S B Sn Bn BP Evento A: as duas peças com classificação igual A = {BB, DD, RR} 2- Retirar duas peças de uma linhade produção classificá-las como: Boa, Defeituosa e Recuperável S = { BB, BD, BR, DB, DD, DR, RB, RD, RR} B D R 1/3 1/3 1/3 B D R B D R B D R 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 Equiprováveis %33,333333,0 3 1 9 3 Realiza-se um experimento n vezes (n grande) nestas o evento A ocorre exatamente r < n vezes, então a frequência relativa de vezes que ocorreu o evento A, “r/n”, é a estimação da probabilidade de ocorrência do evento A, ou seja, n r AP )( Resultados podem não ser igualmente prováveis Definição Frequentista ou a posteriori (experimental) Resultado 1 2 3 4 5 6 Probabilidade 1/12 1/12 1/4 1/12 1/4 1/4 Lançamento de um dado hipotético Definição Frequentista ou a posteriori A estimação da probabilidade de um evento A por frequência relativa, é próxima da verdadeira probabilidade do evento A, quando n tende ao infinito n r AP n lim)( Probabilidade é uma função P(⋅) , que associa a cada evento do espaço amostral S, um número real, pertencente ao intervalo [0, 1], satisfazendo os seguintes axiomas : Definição axiomática de probabilidade SEEPi ii 1)(0 )( 1)( )( SPii exclusivos mutuamente eventos são ,, e )( 1 nEESiii )()()( 2121 nn EPEPEPEEEP Probabilidade medida da incerteza da ocorrência de um evento Ei 0 0,5 1 Evento certamente não ocorrerá Evento certamente ocorrerá Incerteza 1)(0 iEP Propriedades básicas da probabilidade 0)( -I P A probabilidade de um evento impossível é nula Sejam AeSA o evento complementar de A )(1)( -III APAP Awi i i wPAP : )()( -II Para o caso de um espaço amostral discreto (os resultados podem ser listados) a probabilidade de qualquer evento pode ser obtida pela soma das probabilidades dos resultados individuais, ou seja: },,,{ 321 wwwSA SA Regra da soma de probabilidades - Sejam A e B eventos quaisquer )()()()( -IV BAPBPAPBAP A B Dois eventos A e B são eventos mutuamente excludentes (exclusivos) se eles não podem ocorrer simultaneamente BAE Ø )()()( BPAPBAP A – “o resultado é par”; B – “o resultado é maior do que 6”; C – “o resultado é um múltiplo de 3”. Lançamento de um dado perfeito S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} A = {2, 4, 6} C = {3, 6} P(B) = 0 B = Ø P(A) = 3/6 P(A) = 1/6 + 1/6 + 1/6 = 3/6 P(C) = 2/6 P(C) = 1/6 + 1/6 = 2/6 A probabilidade de um evento impossível é nulaI- Awi i i wPAP : )()(II- )(1)( CPCP III- 64)( 5} 4, 2, {1, CPC 64621)( CP62)( CP )()()()( CAPCPAPCAP IV- 64 6 ,4 ,3 ,2)( CAPCA 61 6)( CAPCA 64616263)()()()( CAPCPAPCAP Dez novos programas foram desenvolvidos por uma empresa de informática. Pesquisas de mercado indicam que os dez programas (1º, 2º, ... , 10º) têm três características descritas pelo diagrama de Venn: Satisfação do usuário (C), Vantagem competitiva (V) e Produto com características superiores (P). 1- Dez novos programas foram desenvolvidos por uma empresa de informática. Pesquisas de mercado indicam que os dez programas (1°, 2°,..., 10°) têm três características descritas pelo diagrama de Venn: Satisfação do usuário (C), Vantagem competitiva (V) e Produto com características superiores (P). Se um dos dez programas fosse selecionado ao acaso: a-) Qual a probabilidade de que o programa escolhido ao acaso possuísse características superiores ou vantagem competitiva? Resp. 0,9000 b-) Qual a probabilidade de que o programa escolhido ao acaso daria à empresa uma vantagem competitiva e satisfação aos consumidores? Resp. 0,3000 c-) Qual a probabilidade de que o programa escolhido ao acaso possua todas as características desejadas? Resp. 0,2000 Se um dos dez programas fosse selecionado ao acaso a-) Qual a probabilidade de que o programa escolhido ao acaso possua características superiores ou vantagem competitiva? )()()()( PVPPPVPPVP 109103106106)( PVP b-) Qual a probabilidade de que o programa escolhido ao acaso daria a empresa uma vantagem competitiva e satisfação aos usuários? )( CVP 103 c-) Qual a probabilidade de que o programa escolhido ao acaso possua todas as características desejadas? )( PVCP 102 Probabilidade condicional e independência Curso Sexo C. Comput (C) Engenharias (E) Outros (O) Total Masculino (M) 21 22 154 197 Feminino (F) 22 9 37 68 Total 43 31 191 265 Dado que o aluno escolhido ao acaso esteja cursando C. Computação (C), qual é a probabilidade dele ser do sexo masculino (M)? Dado que o aluno escolhido ao acaso é do sexo feminino (F), qual é a probabilidade dele estar cursando as Engenharias (E)? Qual é a probabilidade de um aluno escolhido ao acaso estar cursando C. Computação (C), dado que ele é do sexo feminino (F)? Probabilidade condicional e independência Curso Sexo C. Comput (C) Engenharias (E) Outros (O) Total Masculino (M) 21 22 154 197 Feminino (F) 22 9 37 68 Total 43 31 191 265 Dado que o aluno escolhido ao acaso esteja cursando C. Computação (C), qual é a probabilidade dele ser do sexo masculino (M)? ) |( CMP 4884,0 43 21 Dado que o aluno escolhido ao acaso é do sexo feminino (F), qual é a probabilidade dele estar cursando as Engenharias (E)? )|( FEP 1324,0 68 9 Probabilidade condicional e independência Curso Sexo C. Comput(C) Engenharias (E) Outros (O) Total Masculino (M) 21 22 154 197 Feminino (F) 22 9 37 68 Total 43 31 191 265 Qual é a probabilidade de um aluno escolhido ao acaso estar cursando C. Computação (C), dado que ele é do sexo feminino (F)? )|( FCP 3235,0 34 11 68 22 Note que: Dado que o aluno escolhido ao acaso esteja cursando C. Computação (C), qual é a probabilidade dele ser do sexo masculino (M)? )|( CMP 43 21 )( )( 265 43 265 21 CP CMP Curso Sexo C. Comput (C) Engenharias (E) Outros (O) Total Masculino (M) 21 22 154 197 Feminino (F) 22 9 37 68 Total 43 31 191 265 Note que: )( )( 265 68 265 9 FP FEP Curso Sexo C. Comput (C) Engenharias (E) Outros (O) Total Masculino (M) 21 22 154 197 Feminino (F) 22 9 37 68 Total 43 31 191 265 Dado que o aluno escolhido ao acaso é do sexo feminino (F), qual é a probabilidade dele estar cursando as Engenharias (E)? )|( FEP 68 9 Note que: )|( FCP 68 22 )( )( 265 68 265 22 FP FCP Curso Sexo C. Comput(C) Engenharias (E) Outros (O) Total Masculino (M) 21 22 154 197 Feminino (F) 22 9 37 68 Total 43 31 191 265 Qual é a probabilidade de um aluno escolhido ao acaso estar cursando C. Computação(C), dado que ele é do sexo feminino (F) ? Probabilidade condicional Dado dois eventos quaisquer A e B, sendo P(B) > 0 (evento que já ocorreu), define-se a probabilidade condicional de A dado B como sendo: )( )( )|( BP BAP BAP Obs.: )( )( )( )( )|( AP BAP AP ABP ABP %00,505000,0 2 1 6 2 6 1 )( )( )|( BP BAP BAP Um dado é lançado. Qual a probabilidade de que o resultado seja par, dado que ocorreu um número maior que 4? Um dado é lançado. Qual a probabilidade de que o resultado seja um número maior que 4, dado que ocorreu um número par? 3 1 6 3 6 1 )( )( )|( AP BAP ABP Número par A = {2, 4, 6} Maior que 4 B = {5, 6} Denominando: )(BP )(AP (A ∩ B) = {6} 6 1)( BAP 6 3 6 2 Exercício Numa população composta por 200 computadores de duas marcas X e Y, com processadores AMD e Intel. Vinte por cento (20%) dos computadores da marca X possuem AMD; trinta por cento (30%) dos computadores da marca Y possuem Intel e setenta e cinco por cento (75%) computadores são da marca X. Considere os eventos: X= computador da marca X Y= computador da marca Y A= Processador AMD B= Processador Intel 2- Dado que o computador escolhido ao acaso possui processador AMD (A), qual é a probabilidade dele ser da marca Y ? 3- Qual é a probabilidade de computador escolhido ao acaso possuiprocessador Intel (B), dado que ele é da marca X ? Advanced Micro Devices 1- Obter um esquema da tabela de dupla entrada. Resp. 5385,0 13 7 65 35 Resp. 8000,0 5 4 150 120 Regra do produto de probabilidades )( )( )|( BP BAP BAP )|()( )|()()( ABPAP BAPBPBAP Eventos independentes Dois ou mais eventos são independentes quando a ocorrência de um dos eventos não influencia a probabilidade de ocorrência dos outros. Se dois eventos A e B são independentes , então: )()()( BPAPBAP )()|( BPABP )()|( APBAP A – “o resultado é par”; B – “o resultado é maior do que 4”; C – “o resultado é um múltiplo de 3”. Lançamento de um dado perfeito S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} A = {2, 4, 6} B = {5, 6} C = {3, 6} P(A) = 3/6 P(B) = 2/6 P(C) = 2/6 P(A ∩ Β) = P(A ∩ C) = P(B ∩ C) = 1/6 A e B serão independentes quando: P(A ∩ B) = P(A) . P(B) = 3/6 . 2/6 = 1/6 B e C serão independentes quando: A e B ; A e C são independentes enquanto que B e C são dependentes A e C serão independentes quando: P(A ∩ C) = P(A) . P(C) = 3/6 . 2/6 = 1/6 P(A ∩ B) = P(A).P(B) P(A ∩ C) = P(A).P(C) P(B ∩ C) = P(B).P(C) P(B ∩ C) = P(B) . P(C) = 2/6 . 2/6 = 1/9 (A ∩ Β) = (A ∩ C) = (B ∩ C) = {6} Resultado 1 2 3 4 5 6 Probabilidade 1/12 1/12 1/4 1/12 1/4 1/4 Lançamento de um dado hipotético P(A ∩ B) = P(A) . P(B) = 5/12 . 1/2 = 5/24 P(A ∩ C) = P(A) . P(C) = 5/12 . 1/2 = 5/24 P(B ∩ C) = P(B) . P(C) = 1/2 . 1/2 = 1/4 A e B ; A e C são dependentes enquanto que B e C são independentes P(A) = 1/12 +1/12+1/4 = 5/12 P(B) = 1/4 + 1/4 = 1/2 P(C) = 1/4 + 1/4 = 1/2 P(A ∩ Β) = P(A ∩ C) = P(B ∩ C) = 1/4 A – “o resultado é par”; B – “o resultado é maior do que 4”; C – “o resultado é um múltiplo de 3” A = {2, 4, 6} B = {5, 6} C = {3, 6} (A ∩ Β) = (A ∩ C) = (B ∩ C) = {6} O fato de dois eventos serem ou não independentes é determinado pelo espaço amostral e pela probabilidade definida nesse espaço Eventos mutuamente exclusivos nunca são independentes a não ser em casos particulares, quando ao menos um dos eventos tem probabilidade zero Uma empresa produz peças em duas máquinas I e II que podem apresentar desajustes com probabilidade 0,05 e 0,10; respectivamente. No início do dia de operação um teste é realizado e caso a máquina esteja fora de ajuste, ela ficará sem operar neste dia passando por uma revisão técnica. Para cumprir o nível mínimo de produção pelo menos uma máquina deve operar. Qual a probabilidade da empresa cumprir o nível mínimo de produção? Sendo Oi o evento da máquina i estar operando, i = 1, 2. Então: )( 1OP 95,0 90,0)( 2 OP 10,0)( 2 OP05,0)( 1 OP 1O 1O 2O 2O 2O 2O 95,0 05,0 Árvore de Probabilidades 1O 1O 2O 2O 2O 2O 95,0 05,0 10,0 90,0 10,0 90,0 Árvore de Probabilidades No preenchimento das probabilidades na árvore é assumido uma independência entre O1 e O2 , pois a eventual falha de uma máquina não interfere no comportamento da outra . O segundo ramo da árvore não é afetado pela ocorrência dos eventos que aparecem no primeiro ramo Assim, pela definição de independência 90,0)()|( 212 OPOOP )()()( 2121 OPOPOOP Como também: 1O 1O 2O 2O 2O 2O 95,0 05,0 10,0 90,0 10,0 90,0 Árvore de Probabilidades 8550,090,095,0)()()( 2121 OPOPOOP 0950,010,095,0)()()( 2121 OPOPOOP 0450,090,005,0)()()( 2121 OPOPOOP 0050,010,005,0)()()( 2121 OPOPOOP Para cumprir o nível mínimo de produção pelo menos uma máquina deve operar. Qual a probabilidade da empresa cumprir o nível mínimo de produção? 1O 1O 2O 2O 2O 2O 95,0 05,0 10,0 90,0 10,0 90,0 Árvore de Probabilidades Evento = pelo menos uma máquina deve operar (nível mínimo de produção) )()()( 212121 OOOOOOE )()()( 212121 OOOOOOE )()()( 212121 OOOOOOP 8550,090,095,0)()()( 2121 OPOPOOP 0950,010,095,0)()()( 2121 OPOPOOP 0450,090,005,0)()()( 2121 OPOPOOP 0050,010,005,0)()()( 2121 OPOPOOP 9950,00450,00950,08550,0 Probabilidade de manter o nível mínimo de produção Evento = pelo menos uma máquina deve operar (nível mínimo de produção) 9950,00050,01)(1)()()( 21212121 OOPOOOOOOP 1-) Um sistema tem dois componentes que operam independentemente. Suponha que as probabilidades de falha dos componentes 1 e 2 sejam 0,1 e 0,2, respectivamente. Determinar a probabilidade do sistema funcionar nos dois casos seguintes: a-) Os componentes são ligados em série (isto é, ambos devem funcionar para que o sistema funcione); Resp. 0,7200 b-) Os componentes são ligados em paralelo (isto é, basta um funcionar para que o sistema funcione). Resp. 0,9800 2-) Um sistema tem quatro componentes que operam independentemente, sendo que cada componente tem probabilidade 0,1 de não funcionar. O sistema é ligado da seguinte forma: C1 C3 C4 C2 Determinar a probabilidade de o sistema funcionar. Resp. 0,9639
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