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CALCULADORA CIENTÍFICA ETAPA 5 CÁLCULOS ESTATÍSTICOS CENTRO UNIVERSITÁRIO LEONARDO DA VINCI Rodovia BR 470, Km 71, nº 1.040, Bairro Benedito 89130-000 - INDAIAL/SC www.uniasselvi.com.br Curso sobre Calculadora Científica Centro Universitário Leonardo da Vinci Organização Grazielle Jenske Autores Leonardo Garcia dos Santos Luiz Carlos Pitzer Reitor da UNIASSELVI Prof. Hermínio Kloch Pró-Reitoria de Ensino de Graduação a Distância Prof.ª Francieli Stano Torres Pró-Reitor Operacional de Ensino de Graduação a Distância Prof. Hermínio Kloch Diagramação e Capa Renan Willian Pacheco Revisão Bianca Suliee Korc Corrêa APRESENTAÇÃO Nesta última etapa do curso de calculadora científica, teremos como foco os estudos voltados à área da estatística. Para um melhor aproveitamento e entendimento do conteúdo trabalhado, seria importante o conhecimento prévio desta área da matemática, porém, caso você não conheça, preparamos uma gama de exemplos, que têm como finalidade deixar o assunto o mais intuitivo possível. Para os temas abordados nesta etapa, temos como possibilidade na calculadora, os cálculos da média aritmética, desvio padrão amostral e populacional, e as regressões linear, logarítmica, exponencial, de potência, inversa e quadrática. Para poder utilizar estas funções na calculadora, temos conjugalmente com o conteúdo, a necessidade de trabalhar com lançamento de dados ou informações quantitativas na calculadora para realização de inferências devidas. Sendo assim, cada conteúdo terá sempre a informação do conteúdo, exemplos e como devemos proceder com o lançamento de dados. Bons estudos! 2 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA MÉDIA ARITMÉTICA E DESVIO PADRÃO Para podermos dar início à média aritmética, devemos recordar que esta é a mais simples das médias que aprendemos nos estudos da escola. Este tipo de média possui como princípio a soma de parcelas, que acaba aparecendo em várias situações da nossa vida. Um exemplo bem simples é a média final em uma disciplina da escola ou da graduação. O resultado encontrado tem como finalidade representar, por meio de um único valor, um ajuste de todos os outros valores representados na amostra. O método de calcular a média aritmética é simples, basta somar todos os valores e dividi-los pela quantidade de itens que foram somados. Uma expressão matemática que representa a média aritmética é dada por: Onde: • • • No caso do desvio padrão, esta é uma medida de dispersão que utiliza como base a média aritmética. O valor encontrado indica como os dados estão se comportando em torno da média. Um valor baixo no desvio padrão indica que os valores encontrados na amostra estão bem próximos da média, e no caso deste valor ser alto, a analogia é semelhante, os valores estão mais distantes da média. O desvio padrão é calculado em várias áreas, principalmente nas áreas que envolvem probabilidade e estatística, como finanças, física e biologia. A definição é um pouco complexa para ser mencionada, mas utiliza o conceito de valor esperado. Sua representação e modo de calcular pode aparecer de duas formas, pois se os dados forem amostrais ou populacionais, o cálculo muda. Veja como são: Representação Fórmula de Cálculo (desvio padrão amostral) (desvio padrão populacional QUADRO 1 – FÓRMULA PARA O DESVIO PADRÃO: AMOSTRAL E POPULACIONAL FONTE: Os autores 3 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Onde: • (os demais já foram esclarecidos) Bem, com essa breve recordação, podemos dar início aos estudos das funções estatísticas da calculadora. INTRODUÇÃO DE DADOS Primeiramente confi gure a calculadora no modo estatístico SD: QUADRO 2 – MODO SD CONFIGURAÇÃO UTILIDADE PROCEDIMENTO MODO CÁLCULOS ESTATÍSTICOS FONTE: Os autores Aparecerá um indicador no mostrador da calculadora: Com a confi guração em SD, o botão está com a função DT (em azul no botão), que tem como fi nalidade introdução e armazenamento de dados. Vejamos o primeiro exemplo: EXEMPLO: O aluno Givanycleison, na disciplina de matemática, tirou as seguintes notas nas avaliações: Para introduzir os dados na calculadora, proceda da seguinte maneira: Digite o valor e aperte para cada item. Veja como fi ca na tela para o 9,0 quando introduzido: 9,0 8,5 5,0 6,5 7,5 8,0 4,5 4 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA No fim da introdução dos dados (até o 4,5) você verá na tela: O número 7 indica que você introduziu 7 valores (dados). Há momentos, na hora da introdução de dados, que você pode se deparar com uma certa quantidade de valores iguais para serem introduzidos na calculadora, para tal ocorrência você tem duas opções disponíveis, que devem ser verificadas qual a mais interessante para ser usada naquele momento, veja: Exemplo: Supondo que você tenha 3 valores 5, procedimentos: (faça junto, não esquecendo de limpar os dados ). • Procedimento 1: ,ou seja, para os próximos valores iguais basta apertar • Procedimento 2: (5; 3, ou seja, o cinco apareceu três vezes). 5 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA CORREÇÃO DE DADOS Caso tenha realizado a introdução errada de algum dado, não é necessário apagar todos os registros e introduzir novamente. Existe uma opção de correção e também de visualização dos dados. Veja como deve ser feita a correção de dados no exemplo a seguir: Exemplo: As crianças vacinadas com a vacina Sabin, em certo ambulatório, foram registradas na tabela abaixo, de acordo com a idade. Idade 0 1 2 3 4 5 6 Vacinados 20 25 22 50 30 23 18 Primeiramente, faça a introdução dos dados da tabela seguindo o modelo “idade; vacinados”, ou seja, para o primeiro registro temos que, crianças de 0 anos de idade, são 20 registros. Na calculadora teríamos: Após todos os registros, veremos na calculadora: Pressionando o cursor para baixo uma vez na calculadora, veremos: Este indica que o primeiro valor registrado x1 é o 0 (zero). Apertando o cursor mais uma vez para baixo, temos: 6 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Neste caso, a indicação é a frequência com que apareceu o primeiro x1=0, que foram 20 registros. Se você continuar apertando para baixo, notará que todos valores com as respectivas frequências serão exibidos. Supondo agora que temos um registro incorreto, usaremos a idade de 3 anos, que deve ter 61 registros e não mais 50. Para realizar a correção, aperte o cursor até a frequência correspondente a esta idade, que é Freq4 e mostra 50 registros. Nesta tela, digitamos a frequência desejada (no caso 61) e apertamos o sinal de igual. Pronto: a frequência foi alterada para 61 registros. O mesmo pode ser feito com qualquer x, assim como freq, cujo procedimento é análogo. FUNÇÕES DO MODO SD Agora, sabendo como introduzir e corrigir os dados na calculadora, quando necessário, vamos ver as opções, em estatística, que a calculadora pode nos retornar. Para facilitar o entendimento, faça a introdução dos dados do exemplo já citado neste curso. EXEMPLO: O aluno Givanycleison, na disciplina de matemática, tirou as seguintes notas nas avaliações: 9,0 8,5 5,0 6,5 7,5 8,0 4,5 • Apertando você verá na tela: 7 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Função Significado Procedimento Visor Retorna a soma de todos os números inseridos ao quadrado. Retorna a soma de todos os números inseridos. Retorna a quantidade de números inseridos. QUADRO 3 – SIGNIFICADO E PROCEDIMENTOS ESTATÍSTICOS NOBOTÃO 1 FONTE: Os autores • Apertando você verá na tela: Função Significado Procedimento Visor Retorna a média dos valores. Retorna o desvio padrão populacional. Retorna o desvio padrão amostral. QUADRO 4 – SIGNIFICADO E PROCEDIMENTOS ESTATÍSTICOS NO BOTÃO 2 FONTE: Os autores IMP ORT ANT E! � Em algumas calculadoras, a opção dos dois tipos de desvio padrão podem aparecer com outra simbologia, sendo . 8 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Vejamos um exemplo com aplicação direta da introdução de dados múltiplos e os resultados para as funções apresentadas: Exemplo: As informações abaixo indicam o número de acidentes ocorridos com 70 motoristas de uma empresa de ônibus nos últimos 5 anos: Nº DE ACIDENTES 0 1 2 3 4 5 6 7 Nº DE MOTORISTAS 15 11 20 9 6 5 3 1 Lembre-se de introduzir “ACIDENTES; MOTORISTAS”. Veja os resultados: QUADRO X – Função Significado Procedimento Visor Retorna a soma de todos os números inseridos ao quadrado. Retorna a soma de todos os números inseridos. Retorna a quantidade de números inseridos. Função Significado Procedimento Visor Retorna a média dos valores. Retorna o desvio padrão populacional. Retorna o desvio padrão amostral. FONTE: 9 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA REGRESSÃO Chegamos ao último assunto abordado neste curso. Nosso foco neste tema é simplesmente mostrar como utilizar a calculadora para a regressão, porém é necessário esclarecer algumas noções para facilitar o entendimento de pessoas leigas neste assunto. Em estatística, a regressão tem como objetivo obter por meio da matemática, uma função que represente o comportamento de duas ou mais variáveis quantitativas. Além de gerar uma função, é possível prever ou saber dados não apresentados. Estas funções podem ser do tipo (opções da calculadora): Tipo de Regressão Fórmula Linear Logarítmica Exponencial De Potência Inversa Quadrática QUADRO X – REPRESENTAÇÃO DAS FÓRMULAS DAS REGRESSÕES FONTE: Os autores As letras A, B e C são valores que a calculadora nos fornece após escolher e introduzir os dados estatísticos. Mas antes de conhecermos a função, temos que verificar qual modelo (função) se encaixa melhor em cada situação ou fenômeno apresentado, para isso deve-se fazer: • A representação gráfica do conjunto de dados e realizar comparação dos tipos de curva e ver qual se aproxima melhor dos dados. • Calcular o coeficiente de correlação que representa em percentual o quanto uma curva está próxima do conjunto de dados. Para o caso do coeficiente de correlação, há em quase todas as regressões da calculadora o resultado direto após a introdução dos dados, sendo a única exceção a quadrática, que não informa. Veja um exemplo da representação gráfica de cada regressão disponível na calculadora: 10 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Tipo de Regressão Modelo do Gráfico Linear Logarítmica Exponencial De Potência (modelo ao cubo) Inversa Quadrática QUADRO x – REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DAS REGRESSÕES FONTE: Os autores Vamos analisar um exemplo que ilustra a situação proposta pela representação gráfica e a melhor escolha de regressão. Exemplo: Após uma análise sobre o salário médio e a idade de um certo grupo de funcionários, em um determinado setor, podemos perceber a sua valorização em relação ao tempo de serviço. Veja o quadro a seguir: 11 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Idade Salário 20 R$ 2.450,00 25 R$ 3.120,00 30 R$ 4.000,00 35 R$ 4.655,00 40 R$ 5.112,00 45 R$ 5.387,00 50 R$ 5.460,00 Observe o quadro que vêm a seguir e note que a linha contínua representa os dados da tabela, e a linha tracejada indica a tendência da regressão. Há também outro dado que você poderá observar, é o R², que nada mais é que o coefi ciente de correlação ao quadrado indicando o quanto a regressão se assemelha aos dados estatísticos: IMP ORT ANT E! � O R² é o coefi ciente de determinação que foi utilizado neste exemplo, pois ele é facilmente calculado no Excel, software utilizado para a construção do gráfi co. QUADRO 9 – VISUALIZAÇÃO GRÁFICA DAS REGRESSÕES Linear Logarítmico Quadrático Exponencial 12 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Potência De Potência (cúbico) FONTE: Os autores É simples perceber que a melhor regressão neste caso foi a de potência, que teve uma R² igual a 0,9984 = 99,84% de semelhança, pois todas os R² foram calculados. Na verdade, seria quase impossível que você soubesse qual das regressões seria a mais viável, porém o intuito deste exemplo é voltar a observar as representações gráfi cas e notar que a linear, assim como a exponencial, não seriam uma boa escolha para este exemplo, mesmo tendo obtido um bom R². O fato é intuitivo: qualquer curva se assemelharia mais do que uma reta neste exemplo. Agora que você já conhece um pouco sobre as regressões e qual a sua fi nalidade, temos a seguir o procedimento que dá acesso à escolha da regressão: QUADRO X – FUNÇÕES DE REGRESSÃO NA CALCULADORA Tipo de Regressão Fórmula Pressione as teclas Visão no Mostrador Linear Logarítmica Exponencial De Potência Inversa Quadrática FONTE: Os autores 13 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Após ter escolhido uma das regressões, você terá acesso a uma grande quantidade de informações sobre os dados estatísticos inseridos na calculadora. Supondo que você tenha idealizado a situação proposta no exemplo dos salários médios de um grupo de funcionários, em que uma das variáveis foi o salário e a segunda foi a idade, ou qualquer outra que trata dois dados quantitativos, sua calculadora poderá realizar e informar muitos dados, porém, quando escolhida a regressão quadrática, esta possibilita mais informações que as demais. No quadro a sequir, temos a função, significado e em qual regressão a função descrita é válida. Apertando os botões , e , temos as opções: Função Significado Em qual Regressão é Aplicada Retorna a soma de todos os números inseridos como primeira variável ao quadrado. Em todas Retorna a soma de todos os números inseridos da primeira variável. Retorna a quantidade de pares de números inseridos. Retorna a soma de todos os números inseridos como segunda variável ao quadrado. Retorna a soma de todos os números inseridos da segunda variável. Retorna a soma do produto dos valores da primeira e segunda variável. Retorna a soma de todos os números inseridos como primeira variável ao cubo. Somente na Quadrática Retorna a soma do produto entre o quadrado da primeira variável pela segunda variável. Retorna a soma de todos os números inseridos como primeira variável elevado à quarta potência. QUADRO X – FUNÇÕES DE REGRESSÃO FONTE: Os autores 14 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Além destas, também apertando os botões , , e , temos as opções: QUADRO X – FUNÇÕES DE REGRESSÃO Função Significado Em qual Regressão é Aplicada Retorna a média da primeira variável. Em todas Retorna o desvio padrão populacional da primeira variável. Retorna o desvio padrão amostral da primeira variável. Retorna a média da segunda variável. Retorna o desvio padrão populacional da segunda variável. Retorna o desvio padrão amostral da segunda variável. Retorna o valor da constante A da função.Retorna o valor da constante B da função. Apresenta, em decimal, o percentual de correlação. Retorna o valor da primeira variável sobre um certo valor da segunda. Retorna o valor da segunda variável sobre um certo valor da primeira. 15 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Retorna o valor da constante C da função. Somente na quadrática Retorna um dos dois valores da primeira variável sobre um certo valor da segunda. Retorna um dos dois valores da primeira variável sobre um certo valor da segunda. FONTE: Os autores Conhecido tudo o que pode ser obtido, vamos desenvolver este conhecimento no exemplo único a seguir, mas que torna possível o entendimento para qualquer situação. Exemplo: Tempo, em minutos, e quantidade de procaína hidrolisada, em 0,00001 moles/litro, no plasma canino. Tempo (min) Quantidade hidrolisada (moles/litro) 2 3,5 3 3,7 5 10,2 8 16,3 10 22,7 12 32,1 Note como ficaria a representação gráfica do problema: 16 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Perceba que os dados estão bem semelhantes a uma reta e uma exponencial, logo vamos determinar as duas regressões. Primeiramente escolha a regressão linear, e após, vamos inserir os dados na calculadora. Para isso, veja como deve ser feito para a primeira informação da tabela: após M+ Realize com todos, o processo é análogo. Lembrando que a regressão linear é representada por: Utilizando as funções já mencionadas nos quadros anteriores, podemos encontrar os valores para A e B. Para A: arredondando para -2,9307. Para B: arredondando para 2,7021. Logo, a função fica: 17 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Podemos verificar a correlação desta regressão: ou seja, 98,66% de semelhança. Agora, vamos fazer todo o processo para a regressão exponencial, para isso configure a calculadora e insira novamente todos os dados e verifique os resultados com os apresentados a seguir, lembrando que neste caso, a função é representada por: Para A temos: arredondando para 2,8877. Para B temos: arredondando para 0,2084. Correlação: ou seja, 98,37% de semelhança. Logo, a função fica: Sendo assim, a regressão linear é mais semelhante que a exponencial. 18 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA Para finalizarmos esta etapa do curso, basta conhecermos uma opção que a calculadora nos dá quanto à previsão de valores não disponibilizados na tabela de dados. Pelo mesmo exemplo anterior, temos que o valor de primeira variável (X) não possui valores diferentes de 2, 4, ..., 12, supondo que queiramos fazer uma previsão para outro valor, a calculadora pode realizar este seguindo a seguinte operação (utilizaremos os dados deste último exemplo): Tenho um valor X (tempo) desejado e quero a correspondente em Y (quantidade hidrolisada). Supondo X = 15 Logo: retorna o valor de Y. Tenho um valor Y (tempo) desejado e quero a correspondente em X (quantidade hidrolisada). Supondo Y = 50 Logo: retorna o valor para X. 19 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA AUTOATIVIDADES 1 Área foliar (Y) e comprimento vs. largura (X) de 20 folhas de bromélia selecionadas ao acaso. Insira os dados na calculadora em regressão linear e informe a correlação (r) aproximada obtida: X 0,08 0,15 0,08 0,05 0,08 0,11 0,08 0,10 0,06 0,05 Y 0,07 0,12 0,06 0,04 0,06 0,09 0,06 0,08 0,05 0,04 a) 99,15% b) 99,67% c) 98,45% d) 99.41% 2 O quadro seguinte mostra o desempenho de um time de futebol no último campeonato. A coluna da esquerda mostra o número de gols marcados, e a coluna da direita informa em quantos jogos o time marcou aquele número de gols. Gols Marcados Quantidade de Partidas 0 5 1 3 2 4 3 3 4 2 5 2 7 1 Insira os dados da tabela (modo SD) e assinale a alternativa que apresenta o desvio padrão amostral: a) 2,32 b) 2 c) 1,65 d) 2,12 3 Considere os dados abaixo referentes ao consumo de água em m³, registrados em 12 meses pela Samae: 19 22 23 18 25 22 17 19 20 21 26 24 Qual alternativa apresenta a soma dos quadrados dos dados estatísticos ? a) 4567 b) 4890 c) 5230 d) 5550 20 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA 4 Sobre a função da tecla , quando utilizada em SD ou REG, assinale a alternativa que representa sua utilidade: a) Pode ser inserido, somado e subtraído dados. b) Somente para a inserção de dados. c) Somente soma e subtração de dados. d) Lista as informações já inseridas na calculadora. 5 Ao apertar os botões em uma das regressões, eu estou: a) Encontrando a valor de A da função. b) Encontrando o valor da correlação. c) Encontrando o desvio padrão de y. d) Encontrando nada, pois falta apertar o igual para confirmar a opção. 21 Copyright © UNIASSELVI 2016. Todos os direitos reservados. CALCULADORA CIENTÍFICA GABARITO DAS AUTOATIVIDADES 1 – A 2 – B 3 – D 4 – B 5 – D Centro Universitário Leonardo da Vinci Rodovia BR 470, km 71, n° 1.040, Bairro Benedito Caixa postal n° 191 - CEP: 89.130-000 - lndaial-SC Home-page: www.uniasselvi.com.br
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