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Profa. Dra. Raquel Maria Trindade Fernandes São Luís 2019 ELEMENTOS TÍPICOS DA DISTRIBUIÇÃO UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO – UEMA NÚCLEO DE TECNOLOGIAS PARA EDUCAÇÃO – UEMAnet CURSO DE LICENCIATURA EM PEDAGOGIA ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO 2 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO Fonte: http://www.ignisengenharia.com.br/index.php/it/pages/item/50-estatistica-medidas-de-tendencia-central-formulas-e-graficos MEDIDAS DE RESUMO Figura 1. Tendência de uma população a uma medida central 3 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Este estudo sobre distribuições de frequências, até agora, permite descrever, de modo geral, os grupos de valores que uma variável pode assumir. Dessa forma, pode-se localizar a maior concentração de valores de uma dada distribuição, isto é, se ela se localiza no início, no meio ou no final, ou ainda, se há uma distribuição por igual. Porém, para ressaltar as tendências características de cada distribuição, isoladamente ou em confronto com outras, é necessário introduzir conceitos que se expressem através de números, que permitam traduzir essas tendências. 4 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Tais conceitos são denominados elementos típicos da distribuição. São eles: a) Medidas de posição; b) Medidas de variabilidade ou dispersão; c) Medidas de assimetria; d) Medidas de curtose. 5 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Dentre os elementos típicos, este estudo abordará as medidas de posição e as medidas de variabilidade ou dispersão. De um modo geral, qualquer conjunto de dados estatísticos agrupados ou não dependendo do estudo a que se propõe, ocupam uma posição específica dentro de uma distribuição. As medidas de posição mais importantes são as medidas de tendência central, em que os dados observados tendem, em geral, a se agrupar em torno dos valores centrais. 6 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO As principais medidas de tendência central são: a) Média (aritmética, geométrica, harmônica, quadrática); b) Moda; c) Mediana; d) Separatrizes. 7 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Fonte: https://www.professorferretto.com.br/moda-media-e-mediana-medidas-de-tendencia-central/ Figura 2. Representações de situações que demandam o cálculo de uma média 8 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Simples Para se calcular a média aritmética, ou simplesmente média, de um conjunto depende-se do tipo de dados. Para dados não agrupados, é muito simples. Suponha que as notas de um estudante em seis provas foram 8,4; 9,1; 7,2; 6,8; 8,7 e 7,8. A média aritmética das notas será dada por: Fonte: Medeiros (2013) 9 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Simples Verifique que, na prática, realizou-se a soma de todas as notas (48) e sua divisão pela quantidade total de notas (6). Assim, a fórmula matemática para a média aritmética é: Fonte: Medeiros (2013) Equação 1. Média aritmética. 10 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Simples Observe outro exemplo para dados não agrupados utilizando, desta vez, a Equação 1. Considere o número de alunos em determinada sala de aula do 1º ano do Ensino Médio nos últimos anos, representadas na série histórica: Fonte: Medeiros (2013) Total de Alunos na sala de 1º ano do Ensino Médio 2014 2015 2016 2017 2018 35 38 32 40 37 Tabela 1. Série histórica representando a quantidade de alunos em determinada sala de aula 11 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Simples Assim: Note que não existe o número 36,4 no conjunto de dados. Quando isso ocorre, diz-se que a média não tem existência concreta, o que significa que, considerando todas as grandezas, dentro do conjunto de dados ordenados, esse valor tende a uma posição central; por isso, a média é uma medida de tendência central. Fonte: Medeiros (2013) 12 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Ponderada Considere agora como se calcula a média aritmética para dados agrupados. Estes podem se apresentar sem intervalos de classe ou com intervalos de classes. Observe o cálculo da média aritmética para dados agrupados sem intervalos de classe. Considere a distribuição de frequência a seguir, relativa a 34 famílias de quatro filhos, tomando como variável o número de filhos do sexo masculino. 13 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Ponderada As frequências são indicadoras da intensidade de cada valor da variável número de meninos. Esse é um caso de ponderação, o que leva à média aritmética ponderada, porque cada variável possui intensidade diferente. Fonte: Medeiros (2013) Tabela 2. Distribuição de frequência do número de filhos do sexo masculino relativa a 34 famílias de quatro filhos Número de meninos Frequência (fi) 0 2 1 6 2 10 3 12 4 4 14 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Ponderada Um modo prático para calcular uma média ponderada é construir na tabela de distribuição de frequência, mais uma coluna com os produtos “número de meninos” vezes “frequência” (ou, segundo a fórmula, xifi ). Fonte: Medeiros (2013) Equação 2. Média ponderada. 15 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Ponderada Assim, tem-se: e Fonte: Medeiros (2013) Tabela 3. Distribuição de frequência do número de filhos do sexo masculino relativa a 34 famílias de quatro filhos. Número de meninos Frequência (fi) xifi 0 2 0 1 6 6 2 10 20 3 12 36 4 4 16 16 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Ponderada Aplicando à Equação 2: A média de 2,3 nos indica que as famílias têm em média 2 meninos e 2 meninas, sendo que existe uma tendência geral de uma leve superioridade numérica dos meninos em relação ao número de meninas. Fonte: Medeiros (2013) 17 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Ponderada Considere mais um exemplo. Suponha que um aluno que realiza 5 provas durante um bimestre e obtém as notas 9,0; 7,0; 3,0; 8,0; e 7,0. Para ser aprovado, esse aluno precisa atingir uma nota final maior ou igual a 7,0. Fonte: https://www.professorferretto.com.br/moda-media-e-mediana-medidas-de-tendencia-central/ Tabela 4. Notas de um aluno em 5 avaliações Avaliações Notas Pesos 1ª 2 0 2ª 6 6 3ª 10 20 4ª 12 36 5ª 4 16 18 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Ponderada Através da tabela 3, percebe-se que as duas primeiras avaliações do aluno tiveram peso 2, enquanto a terceira teve peso 3 e as demais tiveram peso 1. Isso significa que a 3ª avaliação será a que mais contribuirá para a média do aluno. Fonte: https://www.professorferretto.com.br/moda-media-e-mediana-medidas-de-tendencia-central/ 19 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Aritmética Ponderada Conhecendo o conceito que envolve a média aritmética ponderada, o aluno do exemplo poderia ter se dedicado mais para a 3ª avaliação, já que, na verdade, esta valia por 3 avaliações (peso 3), sendo assim, mesmo que não se saísse tão bem na última, que valia apenas por 1 avaliação (peso 1), ele poderia garantir sua aprovação. 20 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Geométrica A média geométrica de “n” valores é definida, genericamente, como a raiz n-ésima do produto de todos eles. Dados “n” valores 𝑥1, 𝑥2, …, 𝑥𝑛, a média geométrica desses valores será dada por: ou Em que a letragrega (pi) indica o produto dos valores da variável. Equação 3. Equações para o cálculo da média geométrica. 21 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Geométrica Considere o cálculo da média geométrica simples do conjunto 𝑥 = {1, 4, 16, 64}. Ou: Fonte: UFPA (2019) 22 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Harmônica A média harmônica de um conjunto de valores xi é o inverso da média aritmética dos inversos dos valores. ou Equação 4. Equações para o cálculo da média geométrica. fonte: UFPA (2019) 23 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Harmônica Observe o cálculo da média harmônica simples do seguinte conjunto de números: 𝑥 = {10, 60, 360}. Fonte: UFPA (2019) 24 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Quadrática A média quadrática de um conjunto de “n” valores 𝑥i é a raiz quadrada da média aritmética dos quadrados. Em que: 𝑥i = valores da variável n = número de observações Equação 5. Equações para o cálculo da média quadrática. Fonte: UFPA (2019) 25 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Média Quadrática Considere o cálculo da média quadrática do conjunto 𝑥 = {2, 3, 4, 5}. Fonte: UFPA (2019) 26 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Moda Fonte: https://www.professorferretto.com.br/moda-media-e-mediana-medidas-de-tendencia-central/ Figura 3. Representações da moda como medida de resumo. A moda é outra medida de tendência central, definida como o valor mais frequente, quando comparada sua frequência com a dos valores contíguos de um conjunto ordenado. 27 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Moda Considerando um conjunto ordenado de valores, a moda será o valor predominante, o valor mais frequente desse conjunto. Esse conjunto de valores pode ser: - Amodal: não apresenta uma moda, isto é, todos os valores da variável em estudo ocorreram com a mesma intensidade (frequência); - Plurimodal: quando houver mais de um valor predominante. 28 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Moda Observe a moda dos seguintes conjuntos de valores: x = {4, 5, 5, 6, 6, 6, 7, 7, 8, 8} Mo = 6 y = {4, 4, 5, 5, 6, 6} Amodal, pois seus três valores apareceram 2 vezes cada um. z = {1, 2, 2, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 5, 6, 6} Mo1 = 2 e Mo2 = 5, conjunto bimodal, pois tanto o valor 2 como o valor 5 apresentaram o maior número de ocorrências. w = {1, 2, 3, 4, 5} Amodal, pois nenhum valor se repete. 29 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Fonte: Medeiros (2013) Figura 4. Exemplos de curvas modais. 30 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana A mediana é definida como o número que se encontra no centro de uma série de números, estando estes dispostos segundo uma ordem. Em outras palavras, a mediana de um conjunto de valores, ordenados segundo uma ordem de grandeza, é o valor situado de tal forma no conjunto que o separa em dois subconjuntos de mesmo número de elementos. 31 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana Para dados não agrupados, como no exemplo acima, calcula-se a mediana de duas maneiras: 1. quando os dados forem de número ímpar, basta encontrar o ponto central, isto é, encontrar o valor que, antes dele e depois dele, tenha o mesmo número de elementos; 2. quando os dados forem de número par, não haverá um ponto central. Nesse caso, calcula-se o ponto médio dos dois valores centrais, com a ajuda da média aritmética. 32 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana Lembre-se que, para fazer isso, é preciso que os elementos estejam em um rol, isto é, apresentem-se em uma ordem crescente ou decrescente. Considere o conjunto: 145, 68, 1, 2, 6, 5, 4, 3, 4, 8. Para calcular a média e a mediana (md), a primeira coisa a fazer é colocar os elementos em ordem: 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 8, 68, 145. 33 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana Efetuando os cálculos, aplicando a Equação 1: Para um conjunto de dados par, realizar a média dos dois pontos centrais: Fonte: Medeiros (2013) 34 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana Como se pode observar, a média é muito diferente da mediana. Média igual a 24,6 significa que os dados do conjunto se concentram em torno desse número, isto é, o problema da média é que ela é afetada pelos grandes valores. Com o cálculo da mediana (md) igual a 4,5, pode-se afirmar que metade dos valores está abaixo de 4,5 e, portanto, são muito baixos. 35 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana Ambas as medidas são de tendência central, ou seja, representam pontos que tendem para o centro dos dados. Neste caso, os valores do conjunto estão mais próximos de 4,5 do que de 24,6. A mediana depende da “posição” e não dos valores dos elementos na série ordenada. Essa é uma das diferenças marcantes entre a mediana e a média (que se deixa influenciar, e muito, pelos valores extremos). 36 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana Caso os dados estejam agrupados, para calcular a mediana, aplica-se a equação: Fi = Fonte: Medeiros (2013) Equação 6. Fórmula para o cálculo da mediana de um conjunto de dados agrupados. 37 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana No caso de dados agrupados sem intervalos de classe, como é o caso da Tabela 3 (p. 15), pode-se utilizar um recurso que auxilia no cálculo da mediana: a coluna de frequências acumuladas (Fi). Frequência acumulada nada mais é do que a soma das frequências de cada variável. 38 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana Tabela 4. Distribuição de frequências e frequências acumuladas do número de filhos do sexo masculino relativa a 34 famílias de quatro filhos. Número de meninos Frequência (fi) Fi 0 2 2 1 6 8 2 10 18 3 12 30 4 4 34 Sabendo-se que Σfi = 34 aplicando a Equação 6: Fonte: Medeiros (2013) Fonte: Medeiros (2013) 39 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana Observe que, para a variável “0 menino”, tem-se frequência 2; logo, a frequência acumulada é 2; para a variável “1 menino”, tem-se frequência 6; logo, a frequência acumulada é 8, pois resulta de 2 (frequência acumulada anterior) + 6 (frequência simples); para a variável “2 meninos”, tem-se frequência simples igual a 10; logo, a frequência acumulada será 8 (anterior) + 10 = 18 e assim sucessivamente. Frequência acumulada será, então, a soma das frequências simples. 40 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana O número 17, obtido com a equação 3, indica que a mediana pertence à linha em que esse número se encontra. Uma vez que não é possível encontrar diretamente 17 na frequência acumulada, considera-se então, a frequência acumulada imediatamente superior. Nesse caso, essa frequência é o 18. Destaca-se a linha mediana, isto é, a linha onde a mediana procurada se encontra. A mediana é, portanto, 2. 41 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Mediana Figura 5. Linha mediana da Tabela 4. Fonte: Medeiros (2013) 42 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Relação entre média, mediana e moda A moda é uma medida que requer apenas o conhecimento da frequência absoluta e pode ser utilizada para qualquer tipo de variável, tanto qualitativa, quanto quantitativa. A mediana é uma medida que exige uma ordenação de categorias, da mais alta a mais baixa. Assim ela só pode ser obtida para variáveis qualitativas ordinais ou paraas quantitativas, jamais para variáveis qualitativas nominais. Além disso, a mediana não é influenciada por valores extremos. 43 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Relação entre média, mediana e moda A média aritmética trabalha com todos os elementos do conjunto de dados, enquanto a mediana utiliza apenas um ou dois valores. No entanto, a média sofre influência de valores extremos (muito alto ou baixo). A média é uma medida que pode ser calculada apenas para variáveis quantitativas. E embora a média seja um valor mais fácil de entender, tem o defeito de nos induzir a erros se a nossa amostra tiver valores muito extremos. 44 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Relação entre média, mediana e moda Assim, no caso das variáveis quantitativas, quando o valor da Mediana é muito diferente da Média, é aconselhável considerar sempre a Mediana como valor de referência mais importante. Quando a distribuição dos dados é considerada "normal", a melhor medida de localização do centro é a média. 45 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Sendo a Distribuição Normal uma das distribuições mais importantes e que surge com mais frequência em aplicações, esse fato justifica a grande utilização da média. Esquematicamente, pode-se posicionar a média da forma seguinte, tendo em conta a representação gráfica na forma de histograma. Relação entre média, mediana e moda 46 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Relação entre média, mediana e moda Figura 6. Histogramas representando a relação entre média, mediana e moda. Fonte: UFPA (2019) 47 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Verifica-se que a mediana separa uma série em duas partes iguais, em que cada parte contém o mesmo número de elementos; porém, uma mesma série pode ser dividida em duas ou mais partes que contenham a mesma quantidade de elementos. Veja como se dá o nome da medida de posição separatriz de acordo com a quantidade de partes em que é dividida a série. Outras Medidas de Posição: Quartis, Decis e Percentis 48 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Outras Medidas de Posição: Quartis, Decis e Percentis • Mediana: divide a série em duas partes iguais 𝑀𝑑 • Quartis: divide a série em quatro partes iguais 𝑄1, 𝑄2, 𝑄3 • Decis: divide a série em 10 partes iguais 𝐷1, 𝐷2, 𝐷3, 𝐷4, 𝐷5, 𝐷6, 𝐷7, 𝐷8, 𝐷9 • Percentis: divide a série em 100 partes iguais 𝑃1, 𝑃2, 𝑃3, …, 𝑃99 49 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Nos quartis, a série é dividida em quatro partes iguais. Os elementos separatrizes da série são Q1, Q2, e Q3. Outras Medidas de Posição: Quartis Figura 7. Representação dos quartis de um conjunto de dados. Fonte: Medeiros (2013) 50 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Em um conjunto numérico, ocorre o mesmo que na Figura 7: os quartis dividem o conjunto numérico em quatro partes iguais; Q2 é o segundo quartil e divide o conjunto ao meio (por isso, é também a mediana); Q1 divide a metade do conjunto em duas partes iguais, isto é, ¼ para cada lado; Q3 é o terceiro quartil. Outras Medidas de Posição: Quartis 51 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Para o cálculo dos quartis, utilizam-se técnicas semelhantes àquelas do cálculo da mediana. Consequentemente, podem-se utilizar as mesmas fórmulas do cálculo da mediana, levando em conta que onde houver a expressão , esta será substituída por , sendo K o número da ordem do quartil, em que K =1 corresponde ao primeiro quartil; K = 2 corresponde ao segundo quartil e K = 3 ao terceiro quartil. Outras Medidas de Posição: Quartis 2 if 4 ifK 52 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Determina-se, inicialmente, a classe que contém o valor quartil a ser calculado. A identificação da classe é feita por meio do termo da ordem calculada pela expressão. Fonte: UFPA (2019) Outras Medidas de Posição: Quartis Equação 6. Fórmula para o cálculo do quartis. 53 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Esse termo está localizado numa classe que recebe o nome de classe quartil. Assim, tem-se: Fonte: UFPA (2019) Outras Medidas de Posição: Quartis Equação 7. Fórmula para o cálculo do quartis. 54 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE RESUMO Outras Medidas de Posição: Decis e Percentis Decis e percentis são encontrados de maneira análoga aos quartis. Se quartis dividem o conjunto de dados em 4 partes iguais, decis dividem o conjunto em 10 partes e percentis em 100 partes. Se for possível encontrar 3 quartis (Q1, Q2 e Q3), pode-se encontrar 9 decis (D1, D2, D3. .... D9) e 99 percentis (P1,P2, P3. .... P9). Para encontrar as posições dos decis e dos percentis, são utilizadas fórmulas semelhantes às da mediana e dos quartis para dados não agrupados. 55 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Considere três conjuntos, X, Y, e Z com seus respectivos valores: Inicialmente, calcula-se a média aritmética. Dispersão e Variação Fonte: Medeiros (2013) 56 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Assim: Dispersão e Variação Fonte: Medeiros (2013) 57 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Pode-se observar que os três conjuntos possuem a mesma média aritmética: 70. Por outro lado, pode-se observar que o conjunto X é mais homogêneo do que os conjuntos Y e Z; o conjunto Y, por sua vez, é mais homogêneo que o conjunto Z; por fim, o conjunto Z é o mais heterogêneo de todos. Assim, mesmo possuindo a mesma média, os conjuntos apresentam comportamentos muito diferentes. Esse fenômeno é chamado de dispersão. Dispersão e Variação 58 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE No exemplo anterior, os conjuntos X, Y e Z apresentam como ponto de tendência central para fins de comparação a média. Essa média é a mesma para os três conjuntos: 70. Assim, o conjunto X apresenta dispersão nula, pois não há variação dos valores do conjunto em relação a essa média; o conjunto Y apresenta dispersão menor que o conjunto Z; isso porque os valores de Y estão mais próximos que os do conjunto Z. Dispersão e Variação 59 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE A interpretação de dados estatísticos exige que se realize um número maior de estudos, além das medidas de posição. O estudo das médias, medianas, moda, quartis e percentis são válidos, mas não suficientes para estudos comparativos ou conclusões qualitativas. Dispersão e Variação 60 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE A estatística recorre às medidas de dispersão (ou de variabilidade) quando deseja qualificar os valores de uma variável, ressaltando a maior ou menor dispersão entre esses valores e a sua medida de posição. Dessas medidas de dispersão, serão consideradas neste estudo somente o desvio padrão e o coeficiente de variação. Dispersão e Variação 61 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE As medidas de dispersão ou de variabilidade servem para verificar a representatividade das medidas de posição. Das medidas de dispersão ou de variabilidade, estudamos: Amplitude total (já considerada neste estudo); Variância e desvio-padrão; Coeficiente de variação. 62 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE A variância (𝑆2) leva em consideração os valores extremos e os valores intermediários, isto é, expressa melhor os resultados obtidos. A variância relaciona os desvios em torno da média,ou mais especificamente, é a média aritmética dos quadrados dos desvios. Variância (𝑺𝟐 ou 𝝈²) 63 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE A variância (𝑆2) de uma população é dada por: Em que: Fonte: UFPA (2019) Variância (𝑺𝟐 ou 𝝈²) Equação 8. Equação para o cálculo da variância. 64 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Caso a variância represente uma descrição da amostra e não da população (este tipo de ocorrência é mais comum na estatística), o denominador passa a ser (𝑛−1) em vez de 𝑛. O motivo dessa modificação é porque melhora a estimativa do parâmetro de população. Variância (𝑺𝟐 ou 𝝈²) Equação 9. Equação para o cálculo da variância. Fonte: UFPA (2019) 65 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Da mesma forma que para a variância, caso o desvio-médio representar uma descrição da amostra e não da população, o denominador passa a ser (𝑛−1), logo: Desvio-Padrão (𝑺 ou 𝝈) Equação 10. Equação para o cálculo do desvio-padrão. Fonte: UFPA (2019) 66 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE O desvio-padrão 𝑆 é a medida mais usada na comparação de diferenças entre conjuntos de dados, por ter grande precisão. O desvio-padrão determina a dispersão dos valores em relação à média. O desvio-padrão é determinado pela equação 10. Desvio-Padrão (𝑺 ou 𝝈) Equação 11. Equação para o cálculo do desvio-padrão. Fonte: UFPA (2019) 67 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE O valor médio em algumas séries resulta em números decimais; consequentemente, o cálculo do desvio-padrão pode se estender numa somatória do quadrado de números decimais. Com o objetivo de simplificar os cálculos matemáticos, utiliza-se uma fórmula alternativa para o cálculo do desvio-padrão. Desvio-Padrão (𝑺 ou 𝝈) 68 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Como e , então, substituindo esses valores em , tem-se: Desvio-Padrão (𝑺 ou 𝝈) Equação 12. Equação alternativa para o cálculo do desvio-padrão. Fonte: UFPA (2019) 69 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE O desvio-padrão apresenta algumas propriedades: Somando ou subtraindo um mesmo valor de todos os valores de uma variável, o desvio-padrão não se altera; Multiplicando (ou dividindo-se) todos os valores de uma variável por um mesmo número (diferente de zero), o desvio-padrão fica multiplicado (ou dividido) por esse número. Desvio-Padrão (𝑺 ou 𝝈) 70 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE O coeficiente de variação é uma medida que permite caracterizar, com o maior rigor possível, a dispersão dos conjuntos. O coeficiente de variação (CV) está sempre relacionado ao valor médio de um conjunto porque, como já vimos, a dispersão é uma medida sempre relacionada a uma determinada média. O coeficiente de variação é a relação entre o desvio-padrão (𝑆) e a média aritmética ( ), multiplicada por 100. Coeficiente de variação 71 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Emprega-se o coeficiente de variação na comparação do grau de concentração em torno da média para séries distintas. Coeficiente de variação Equação 13. Equação para o cálculo do coeficiente de variação. Fonte: UFPA (2019) 72 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Considere o seguinte exemplo: Suponha que se deseje estudar a variação das idades de dois grupos: Inicialmente, serão calculados a média e o desvio-padrão de G1 e G2. Fonte: Medeiros (2013) 73 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE 1. Cálculo da média: utiliza-se a Equação 1 (média aritmética, p. 9). Então: Para G1: = 7 anos. Para G2: = aprox. 13 anos Fonte: Medeiros (2013) 74 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE 2. Cálculo do desvio-padrão: utiliza-se a equação 11 Então: G1 G2 xi xi 2 xi xi 2 7 49 8 64 7 49 9 81 7 49 10 100 7 49 11 121 7 49 19 361 7 49 22 484 Σ=42 Σ=294 Σ=79 Σ=1211 Tabela 4. Dados dos grupos G1 e G2. Fonte: Medeiros (2013) 75 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Assim, Para G1, sabendo-se que: Então: Fonte: Medeiros (2013) 76 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE E para G2, sabendo-se que: Então: Tem-se, aproximadamente, 5 anos. Fonte: Medeiros (2013) 77 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Sintetizando, tem-se: A média de idade de G1 é de 7 anos e o desvio- padrão é zero. Isso significa que, no conjunto, os valores das idades são homogêneos ou sem variação. Já em G2, a média das idades é de, aproximadamente, 13 anos e o desvio-padrão de, aproximadamente, 5 anos. G1 G2 7 13 S 0 5 Fonte: Medeiros (2013) A média de idade de G1 é de 7 anos e o desvio- padrão é zero. Isso significa que, no conjunto, os valores das idades são homogêneos ou sem variação. Já em G2, a média das idades é de, aproximadamente, 13 anos e o desvio-padrão de, aproximadamente, 5 anos. 78 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Essa variação no conjunto G2 pode ser medida utilizando a equação 13. Isso significa que é possível afirmar que G2 é um grupo cujas idades variaram mais do que as idades de G1. E, ainda, essa variação, medida pela CV, foi de 38%. 79 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Fonte: Medeiros (2013) Numa distribuição simétrica, a construção gráfica em forma de sino corresponde a uma curva normal (ou curva de Gauss). Na curva simétrica os valores de média, mediana e moda coincidem com o pico da curva. 80 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Significado prático do desvio-padrão 81 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Significado prático do desvio-padrão Fonte: UFPA (2019) É definida por um conjunto de valores (ou uma região) em torno da média aritmética, contidos num intervalo de amplitude “2S” (duas vezes o desvio- padrão), ou seja, −𝑆 (antes da média) e +𝑆 (depois da média). De acordo com alguns estudos matemáticos, essa região engloba 68,26% dos valores da série. 82 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Zona de normalidade 83 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO MEDIDAS DE DISPERSÃO OU DE VARIABILIDADE Zona de normalidade Fonte: UFPA (2019) ESTATÍSTICAS EDUCACIONAIS Na área educacional, diversos indicadores estatísticos atuam com a finalidade de caracterizar os fenômenos que se deseja estudar, como coeficientes, taxas, índices, indicadores escolares, tabelas e gráficos. 84 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO Algumas Considerações Coeficientes Os coeficientes resultam da razão entre duas variáveis da mesma espécie, sendo que uma está associada a uma parte e a outra está ligada ao todo. Coeficiente de aproveitamento escolar O Coeficiente de Aproveitamento Escolar (CAE) será a razão entre o número de alunos aprovados e o número total de alunos matriculados. CAE = Número de alunos aprovados / Número total de alunos 85 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO ESTATÍSTICAS EDUCACIONAISTaxas Resultam normalmente da multiplicação dos coeficientes por 100, originando-se valores porcentuais. Deve-se estabelecer um número mínimo de elementos para compor a amostra. Essa quantidade não deve ser menor que 10% do total de elementos da população. Por exemplo, numa população de 300 elementos, devemos, por um critério de seleção, selecionar um mínimo de 30 elementos (10% de 300) para compor a amostra. 86 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO ESTATÍSTICAS EDUCACIONAIS Taxa de Evasão Imediata (TEI) Apresenta a porcentagem de alunos afastados por abandono escolar, em relação ao número total de alunos que cursaram uma determinada série ou ciclo (“s”) num determinado ano (“t”). Taxa de Incorporação ao Sistema (TIS) Revela a porcentagem de alunos novos que estão cursando pela primeira vez a 1ª série ou ciclo, em relação à matricula inicial nessa série ou ciclo. 87 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO ESTATÍSTICAS EDUCACIONAIS Relação aluno/docente Revela o número médio de alunos por docente em exercício no período “t”. Tabelas e gráficos estatísticos A estatística dispõe dos meios apropriados para recolher, organizar, classificar, apresentar e interpretar conjuntos de dados. Para que isso se consiga fazer de forma clara, a estatística recorre a tabelas e gráficos. 88 ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO ESTATÍSTICAS EDUCACIONAIS 89 REFERÊNCIAS CLEMENTE, Rosana Giovanni Pires. Apostila de Estatística. Taubaté. Universidade de Taubaté, 2003. CRESPO, Antônio Arnot. Estatística fácil. 13. ed. São Paulo: Saraiva, 1995. MEDEIROS, Carlos Augusto de. Estatística aplicada à educação. Brasília: Universidade de Brasília, 2007. SEARS, Francis; ZEMANSKY, Mark W.; YOUNG, Hugh D. Física 1: mecânica da partícula e dos corpos rígidos. 2. ed. Revisão e tradução de Jean Pierre von der Weid. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., 1985. SPIEGEL, Murray Ralph. Estatística: resumo da teoria, 875 problemas resolvidos, 619 problemas propostos. Tradução de Pedro Cosentino. Revisão de Carlos José Pereira de Lucena. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1975. ESTATÍSTICA APLICADA À EDUCAÇÃO
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