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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS - UFAL Campus de Arapiraca - Curso: Matemática Disciplina: Probabilidade e Estatística Profa. Ademária Aparecida de Souza Gabriel Barbosa da Silva Sétima Lista de Exercícios: Variável Aleatória Contínua e Distribuição Normal (Resoluções) 1° QUESTÃO a) Qual a probabilidade de um pneu aleatoriamente escolhido durar mais de 75.000 km? Para determinarmos a probabilidade de escolher ao acaso um pneu que dure mais de 75.000km, ou seja, 𝑃[𝑥 > 75.000], padronizaremos em z utilizando a fórmula de distribuição normal padronizada. Logo; 𝑧 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 Sabemos que, a média é 60.000 km e o desvio padrão é 10.000 km. Logo; 𝜇 = 60.000 e 𝜎 = 10.000 Assim; 𝑧 = 75.000 − 60.000 10.000 𝑧 = 15.000 10.000 = 1,5 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, teremos que; 𝑧 = 1,5 ≡ 0,4332 Logo, 𝑝[𝑥 > 75.000] será: 𝑝[𝑧 > 1,5] = 0,5 − 0,4332 = 0,0668 𝑜𝑢 6,68% b) Qual a probabilidade de um pneu aleatoriamente escolhido durar entre 50.000 e 70.000 km? Para determinarmos a probabilidade de escolher ao acaso um pneu que dure entre 50.000km e 75.000km, ou seja, 𝑝[50.000 ≤ 𝑥 ≤ 70.000], padronizaremos em z utilizando a fórmula de distribuição normal padronizada. Logo; z = 𝑥 − 𝜇 𝜎 Para 𝑥 = 50.000, temos; 𝑧1 = 50.000 − 60.000 10.000 𝑧1 = − 10.000 10.000 = −1,0 Para 𝑥 = 70.000, temos; 𝑧2 = 70.000 − 60.000 10.000 𝑧2 = − 10.000 10.000 = 1,0 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, teremos que; z = ±1,0 ≡ 0,3413 Logo, 𝑝[50.000 ≤ 𝑥 ≤ 70.000] será: 𝑝[−1,0 ≤ 𝑧 ≤ 1,0] = 0,3413 + 0,3413 = 0,6826 𝑜𝑢 68,26% c) Qual a probabilidade de um pneu aleatoriamente escolhido durar entre 63.000 e 70.000 km? Para determinarmos a probabilidade de escolher ao acaso um pneu que dure entre 63.000km e 70.000km, ou seja, 𝑝[63.000 ≤ 𝑥 ≤ 70.000], padronizaremos em z utilizando a fórmula de distribuição normal padronizada. Logo; Substituindo esses valores na fórmula de distribuição normal padronizada, temos: 𝑧1 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 Para 𝑥 = 63.000, temos; 𝑧1 = 63.000 − 60.000 10.000 𝑧1 = 3.000 10.000 = 0,3 Para 𝑥 = 70.000, temos; 𝑧2 = 70.000 − 60.000 10.000 𝑧2 = 10.000 10.000 = 1,0 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, teremos que; 𝑧 = 0,3 ≡ 0,1179 e 𝑧 = 1,0 ≡ 0,3413 Logo, 𝑝[63.000 ≤ 𝑥 ≤ 70.000] será: 𝑝[0,3 ≤ 𝑧 ≤ 1,0] = 0,1179 − 0,3413 = 0,2234 𝑜𝑢 22,34% d) Qual a probabilidade de um pneu aleatoriamente escolhido durar exatamente 70.000 km? Para determinarmos a probabilidade de escolher ao acaso um pneu que dure 𝑝[𝑥 = 70.000] será igual a 0, pois a função densidade é contínua e pela definição de integral, sabemos que a integral em um ponto é 0, desta forma, não existe probabilidade de escolher aleatoriamente um pneu que dure exatamente 70.000 km. e) O fabricante deseja fixar prazo de garantia, em quilômetros, de tal modo que, se a duração do pneu for inferior à garantia, o pneu seja trocado. De quantos quilômetros deve ser este prazo, para que somente 1% dos pneus sejam trocados? Para calcularmos a quantidade de quilômetros que devem ser este prazo para que somente 1% dos pneus sejam trocados, faremos; 𝑝[𝑍 > 𝑧] = 0.01 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, teremos que; 𝑧 = −2,33 Dessa forma; 𝜇 = 60.000 e 𝜎 = 10.000. Logo, podemos determinar x através da fórmula de distribuição normal padronizada usando a regra de três: −2,33 = 𝑥 − 60.000 10.000 𝑥 − 60.000 = −23.300 𝑥 = −23.300 + 60.000 𝑥 = 36.700 𝑘𝑚 Logo, para que apenas 1% dos pneus sejam trocados, o prazo de garantia deverá ser de 36.700 km. 2° QUESTÃO a) entre R$ 1400 e R$ 1600? Podemos observar que x assume dois valores 𝑥 = 1400 e 𝑥 = 1600. Sabemos que a média será 𝜇 = 1500 e o desvio padrão é 𝜎 = 200, substituímos esses valores na fórmula, teremos; z1 = 1400 − 1500 200 z1 = − 100 200 = − 0,5 𝑧2 = 1600 − 1500 200 z2 = 100 200 = 0,5 Logo; 𝑧 = ±0,5 e pela tabela equivale a 0,1915. Assim, teremos; 𝑝[−0,5 ≤ 𝑧 ≤ 0,5] = 0,1915 + 0,1915 = 0.3830 𝑜𝑢 38,30% b) acima de R$ 1500? Para determinar a porcentagem dos funcionários que ganham acima de R$1500,00. Sabendo que a média é 𝜇 = 1500, então a porcentagem será 50% pois o gráfico de distribuição normal é simétrico. c) acima de R$ 1400? Vamos determinar a porcentagem dos funcionários que ganham acima de R$1400,00. Sabendo que 𝑥 = 1400, a média é 𝜇 = 1500 e o desvio padrão é 𝜎 = 200, substituímos esses valores na fórmula: 𝑧 = 1400 − 1500 200 𝑧 = − 100 200 = − 0,5 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, temos que 𝑧 = −0,5 equivale a 0,1915. Com isso, temos que a probabilidade é: 𝑝[𝑥 ≥ 1400] = 𝑝[𝑧 ≥ −0,5] = 0,5 + 0,1915 = 0.6915 𝑜𝑢 69,15% d) abaixo de R$ 1400? Vamos determinar a porcentagem dos funcionários que ganham abaixo de R$1400,00. Sabendo que 𝑥 = 1400, a média é 𝜇 = 1500 e o desvio padrão é 𝜎 = 200, substituímos esses valores na fórmula: 𝑧 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 𝑧 = 1400 − 1500 200 𝑧 = − 100 200 = − 0,5 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, temos que 𝑧 = −0,5 equivale a 0,1915. Com isso, temos que a probabilidade é: 𝑝[𝑥 ≤ 1400] = 𝑝[𝑧 ≤ −0,5] = 0,5 − 0,1915 = 0,3085 𝑜𝑢 30,85% e) acima de R$ 1650? Vamos determinar a porcentagem dos funcionários que ganham acima de R$1650,00. Sabendo que 𝑥 = 1650, a média é 𝜇 = 1500 e o desvio padrão é 𝜎 = 200, substituímos esses valores na fórmula: 𝑧 = 1650 − 1500 200 𝑧 = 150 200 = 0,75 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, temos que 𝑧 = 0,75 equivale a 0,2734. Com isso, temos que a probabilidade é: 𝑝[𝑥 ≥ 1650] = 𝑝[𝑧 ≥ 0,75] = 0,5 − 0,2734 = 0.2266 𝑜𝑢 22,66% 3° QUESTÃO a) Qual porcentagem das pessoas que fizeram os exames obtiveram pontuação entre 400 e 500? Vamos determinar a porcentagem das pessoas que obtiveram pontuação entre 400 e 500, ou seja, 𝑝[400 ≤ 𝑥 ≤ 500]. Sabendo que 𝑥 assume dois valores; 𝑥 = 400 e 𝑥 = 500, e sabemos que a média é 450 e que o desvio padrão é 𝜎 = 100, substituímos esses valores na fórmula: 𝑧1 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 𝑧1 = 400 − 450 100 𝑧1 = − 50 100 = − 0,5 e 𝑧2 = 500 − 450 100 𝑧2 = 50 100 = 0,5 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, temos que 𝑧 = ± 0,5 equivale a 0,1915. Com isso, temos que a probabilidade é: 𝑝[400 ≤ 𝑥 ≤ 500] = 𝑝[−0,5 ≤ 𝑥 ≤ 0,5] = 0,1915 + 0,1915 = 0,3830 𝑜𝑢 38,30% b) Supondo que alguém receba a pontuação 630. Das pessoas que fizeram os exames, qual porcentagem obteve uma pontuação melhor? Qual porcentagem obteve uma pontuação pior? Vamos determinar a porcentagem das pessoas que obtiveram uma pontuação melhor, 𝑝[𝑥 > 630], e a porcentagem das pessoas que obtiverem uma pontuação pior, 𝑝[𝑥 < 630]. Sabendo que 𝑥 = 630, e a média é 450 e o desvio padrão será 100, logo; 𝑧 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 𝑧 = 630 − 450 100 𝑧 = − 180 100 = 1,8 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, temos que 𝑧 = 1,8 equivale a 0,4641. Com isso temos que a probabilidade de pessoas que obtiveram pontuação melhor é; 𝑝[𝑥 > 630] = 𝑝[𝑧 > 1,8] = 0,5 − 0,4641 = 0,0359 𝑜𝑢 3,59% E a probabilidade das pessoas que obtiveram pontuação pior é: 𝑝[𝑥 < 630] = 𝑝[𝑧 < 1,8] = 0,5 + 0,4641 = 0,9641 𝑜𝑢 96,41% c) Se uma universidade em particular não admite ninguém com pontuação abaixo de 480, qual a porcentagem das pessoas que fizeram os exames seriam aceitas nessa universidade? Vamos determinar a porcentagem das pessoas que obtiveram uma pontuação maior ou igual a 480, 𝑝[𝑥 ≥480]. Sabendo que 𝑥 = 480, e a média é 450 e o desvio padrão será 100, logo; 𝑧 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 𝑧 = 480 − 450 100 𝑧 = − 30 100 = 0,3 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, temos que 𝑧 = 0,3 equivale a 0,1179. Logo; 𝑝[𝑥 ≥ 480] = 𝑝[𝑧 ≥ 0,4] = 0,5 − 0,1179 = 0,3821 𝑜𝑢 38,21% 4° QUESTÃO Vamos determinar os valores de 𝑥𝐴e 𝑥𝐵. Sabendo que a distância entre a média e 𝑥𝐴 é 20%, ou 0,2, e a distância entre a média e 𝑥𝐵 também é 20%, ou 0,2, e que assim a soma será de 40%, dado na questão. Observando a tabela, podemos perceber que para 0,2 os valores aproximados de 𝑧 serão 0,52 e 0,53. Para determinar os valores de 𝑥𝐴 e 𝑥𝐵, vamos utilizar a fórmula de distribuição normal padronizada com 𝑧 = ±0,52; Para 𝑥𝐴: 𝑧 = 𝑥𝐴 − 𝜇 𝜎 0,52 = 𝑥𝐴 − 7 0,4 Logo; 𝑥𝐴 − 7 = 0,52 ⋅ 0,4 ⇒ 𝑥𝐴 = 0,208 + 7 𝑥𝐴 = 7,21 Para 𝑥𝐵: 𝑥𝐵 − 7 = −0,52 ⋅ 0,4 ⇒ 𝑥𝐵 = −0,208 + 7 𝑥𝐵 = 6,79 5° QUESTÃO Questão repetida. 6° QUESTÃO a) Qual a probabilidade de uma mulher receber um salário acima de US$ 75 mil? Para calcular a probabilidade de uma mulher receber um salário acima de $75.000, 𝑝[𝑥 > 75000]. Sabendo que 𝑥 = 75000, e a média é 67000 e o desvio padrão será 7000, logo; 𝑧 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 𝑧 = 75000 − 67000 7000 𝑧 = 8000 7000 = 1,14 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, temos que 𝑧 = 1,14 equivale a 0,3729. Logo; 𝑝[𝑥 > 7000] = 𝑝[𝑧 > 1,14] = 0,5 − 0,3729 = 0,1271 𝑜𝑢 12,71% b) Qual a probabilidade de um homem receber um salário acima de US$ 75 mil? Para calcular a probabilidade de um homem receber um salário acima de $75.000, 𝑝[𝑥 > 75000]. Sabendo que 𝑥 = 75000, e a média é 65000 e o desvio padrão será 7000, logo; 𝑧 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 𝑧 = 75000 − 65000 7000 𝑧 = 10000 7000 = 1,43 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, temos que 𝑧 = 1,43 equivale a 0,4236. Logo; 𝑝[𝑥 > 7000] = 𝑝[𝑧 > 1,43] = 0,5 − 0,4236 = 0,0764 𝑜𝑢 7,64% c) Qual a probabilidade de uma mulher receber um salário abaixo de US$ 50 mil? Para calcular a probabilidade de uma mulher receber um salário abaixo de $50.000, 𝑝[𝑥 < 50000]. Sabendo que 𝑥 = 50000, e a média é 67000 e o desvio padrão será 7000, logo; 𝑧 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 𝑧 = 50000 − 67000 7000 𝑧 = − 17000 7000 = −2,42 Utilizando a tabela de distribuição normal padronizada, temos que 𝑧 = −2,42 equivale a 0,4922. Logo; 𝑝[𝑥 > 7000] = 𝑝[𝑧 > 1,43] = 0,5 − 0,4922 = 0,0078 𝑜𝑢 0,78% d) Qual o salário de 5% das mulheres mais bem pagas? Para calcular a probabilidade das 5%, ou 0,05, das mulheres mais bem pagas; Sabendo que a média é 67000, o desvio padrão será 7000, e que os valores aproximados de 𝑧 serão 1,64 e 1,65, Pois 𝑝[𝑧 > 𝑍] = 0,5 − 𝑥 = 0,05 e olhando na tabela os valores aproximados para x serão 0,4495 e 0,4505, para que satisfaça a igualdade. Logo o z valerá entre 1,64 e 1,65. 𝑧 = 𝑥 − 𝜇 𝜎 1,64 = 𝑋 − 67000 7000 11480 = 𝑋 − 67000 = 78480 7° QUESTÃO a) Mostre que a área sob a função f(x) e o eixo dos x é igual a 1; Vamos calcular 𝑝[0 ≤ 𝑥 ≤ 5]: 𝑝[0 ≤ 𝑥 ≤ 5] = ∫ 1 5 𝑑𝑥 5 0 = 1 5 𝑥|0 5 = 1 5 (5 − 0) = 1 5 ⋅ 5 = 1 Logo a área sob f com eixo em x será igual a 1. b) Encontre P ( 2 < x < 3,5); Vamos calcular 𝑝[2 < 𝑥 < 3,5]: 𝑝[2 < 𝑥 < 3,5] = ∫ 1 5 𝑑𝑥 3,5 2 = 1 5 𝑥|2 3,5 = 1 5 (3,5 − 2) = 1 5 ⋅ 1,5 = 0,3 c) Calcule P(x ≤ 2,6); Vamos calcular 𝑝[𝑥 ≥ 2,6]: 𝑝[𝑥 ≥ 2,6] = ∫ 1 5 𝑑𝑥 5 2,6 = 1 5 𝑥|2,6 5 = 1 5 (5 − 2,6) = 1 5 ⋅ 2,4 = 0,48 d) Calcule P(2,1 < x < 4,2); Vamos calcular 𝑝[2,1 < 𝑥 < 4,2]: 𝑝[2,1 < 𝑥 < 4,2] = ∫ 1 5 𝑑𝑥 4,2 2,1 = 1 5 𝑥|2,1 4,2 = 1 5 (4,2 − 2,1) = 1 5 ⋅ 2,1 = 0,42 e) Calcule o tempo médio de vida do componente eletrônico. 𝐸[𝑥] = ∫ 𝑥 1 5 𝑑𝑥 5 0 = 1 5 ⋅ 𝑥2 2 |0 5 = 1 10 (52 − 02) = 2,5 8° QUESTÃO a) Mostre que f(x) é uma função de densidade; Para mostrarmos que f(x) é uma função de densidade, faremos; 𝑝[2 ≤ 𝑥 ≤ 5] = ∫ 2 27 5 2 (𝑥 + 1)𝑑𝑥 = = 2 27 ( 𝑥2 2 + 𝑥) |2 5 = 2 27 [( 52 2 + 5) − ( 22 2 + 2) ] = 2 27 ( 21 2 + 3) = 27 27 = 1 Assim, f(x) é uma função de densidade. b) Calcule; i) P(x<4), ii) P(x>3), iii)P(3≤x≤4) Vamos calcular; i. 𝑝[𝑥 < 4] ∫ 2 27 4 2 (𝑥 + 1)𝑑𝑥 = 2 27 ( 𝑥2 2 + 𝑥) |2 4 = 2 27 [( 42 2 + 4) − ( 22 2 + 2) ] = = 2 27 ( 12 2 + 2) = 16 27 = 0,59 ii. 𝑝[𝑥 < 3] ∫ 2 27 5 3 (𝑥 + 1)𝑑𝑥 = 2 27 ( 𝑥2 2 + 𝑥) |3 5 = 2 27 [( 52 2 + 5) − ( 32 2 + 3) ] = = 2 27 ( 16 2 + 2) = 20 27 = 0,74 iii. 𝑝[3 ≤ 𝑥 ≤ 4] ∫ 2 27 4 3 (𝑥 + 1)𝑑𝑥 = 2 27 ( 𝑥2 2 + 𝑥) |3 4 = 2 27 [( 42 2 + 4) − ( 32 2 + 3) ] = = 2 27 ( 7 2 + 1) = 9 27 = 0,33 c) Encontre a média e a variância de X; Vamos calcular 𝐸[𝑥]e 𝑉𝐴𝑅[𝑥]: 𝐸[𝑥] = ∫ 𝑥 5 2 2 27 (𝑥 + 1)𝑑𝑥 = 2 27 ( 𝑥3 3 + 𝑥2 2 ) |2 5 = 2 27 [( 53 3 + 52 2 ) − ( 23 3 + 22 2 )] = = 2 27 ( 117 3 + 21 2 ) = 3,66 Sabemos que; 𝑉𝐴𝑅[𝑥]= 𝐸[𝑥2] − (𝐸[𝑥])2 Vamos calcular o 𝐸[𝑥2]: 𝐸[𝑥2] = ∫ 𝑥2 5 2 2 27 (𝑥 + 1)𝑑𝑥 = 2 27 ( 𝑥4 4 + 𝑥3 3 ) |2 5 = 2 27 [( 54 4 + 53 3 ) − ( 24 4 + 23 3 )] = = 2 27 ( 609 4 + 117 3 ) = 14,16 Logo; 𝑉𝐴𝑅[𝑥] = 14,16 − 13,39 = 0,77