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Distribuição de Probabilidade – Distribuição Normal 1

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Distribuição de Probabilidade – Distribuição Normal

1

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É o modelo de distribuição de probabilidade mais utilizado na

estatística. É utilizado para v. a. contínuas.

Métodos e técnicas estatísticas paramétricas geralmente

consideram o modelo de distribuição de probabilidade

normal.

Seu gráfico tem a forma campanular (sino)

É uma distribuição simétrica em relação à média

3

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Lembrando: Uma função X definida sobre o espaço

amostral Ω e assumindo valores num intervalo de

números reais, é denominada variável aleatória

contínua.

4

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Considere a Distribuição de Probabilidades da variável

aleatória X:

Faremos o histograma da distribuição de probabilidades de X.

Ele é construído com retângulos de bases unitárias e alturas

iguais às probabilidades de X

5

X P(X)

1 0,1

2 0,2

3 0,4

4 0,2

5 0,1

Introdução

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0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

1 2 3 4 5

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As áreas dos retângulos são:

0,1=P(X=1)

0,2=P(X=2)

0,4=P(X=3)

0,2=P(X=4)

0,1=P(X=5)

Para calcularmos, por exemplo, , basta calcular a

soma das áreas dos três primeiros retângulos, que será 0,7.

Se tomarmos os pontos médios das bases superiores dos

retângulos e ligarmos os mesmos por uma curva, teremos, se

considerarmos X uma variável aleatória contínua (que no

exemplo ela não é ), uma função contínua f(x), representada no

gráfico

7

(1 3)P X

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8

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20

f(x)

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Podemos então definir:

A função densidade de probabilidade (f.d.p.) de uma variável

aleatória contínua X é uma função f(x) ≥ 0 cuja área total sob

a curva seja igual à unidade. Em termos matemáticos

9

( ) 1f x dx

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Observe que:

Assim

10

( ) ( )

b

a

P a X b f x dx a b

P(a<X<b)

( ) 0 para fixoP X a a

( ) ( )P a X b P a X b

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Se X é uma v.a. contínua, então:

Esperança:

Variância:

Desvio padrão

11

( ) ( )E X x f x dx

2 2

2 2

( ) ( ) [ ( )]

onde

( ) ( )

Var X E X E X

E X x f x dx

)()( XVarXDP

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Distribuição Normal

Definição: Uma v. a. contínua X tem Distribuição Normal se

sua f.d.p puder ser descrita por:

onde

Notação:

12

21

21( )

2

x

f x e x

( )E X 2( )Var X

2~ ( ; )X N

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As principais características dessa função são:

O ponto máximo de f(x) é

Tem dois pontos de inflexão que correspondem à media ±

desvio padrão, isto é ,

A curva é simétrica com relação a

13

por causa da simetria, à esquerda da média 50% e à direita da média também 50%

e

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Exemplo:

15

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +

~ (10;4)X N 210 4

21 1011 11

2 2

8 8

1(8 11) ( )

2 2

x

P X f x dx e dx

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Quando

temos uma distribuição normal padrão ou reduzida, N(0;1).

Para essa a função densidade reduz-se

16

20 e 1

21

21

( )2

x

f x e x

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Seja X v.a. contínua com distribuição normal, isto é,

Considere a variável aleatória

Então

Assim:

17

2~ ( , )X N

XZ

1 1 1

( ) ( ) 0X

E Z E E X E X

2

2 2 2

1 1( ) 1

XVar Z Var Var X Var X

~ (0,1)Z N integrais podem ser tabeladas! Tabela Z

Variável reduzida

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z

(0 2,17) ?P Z

(0 2,17) 0,4850P Z

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0 z

(0 )P Z z

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( 2,17 0) ?P Z

( 2,17 0) (0 2,17) 0,4850P Z P Z

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0-2,17 2,170

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0

=

0,48500,4850

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20

( 1 2) ?P Z

( 1 2) ( 1 0) (0 2)

(0 1) (0 2)

0,3413 0,4772

0,8185

P Z P Z P Z

P Z P Z

= +

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0 2-10

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0 10

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0 2

0,4772 0,3413

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0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0 1,50

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0 1,5

( 1,5) ?P Z

( 1,5) 0,5 (0 1,5)

0,5 0,4332 0,0668

P Z P Z

=

0,5_

0,4332

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0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0 1,5

=_

0,4332

2.330

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +01,5 2,33

0,4900

(1,5 2,33) (0 2,33) (0 1,5)

0,4898 – 0,4332

0,0566

P Z P Z P Z

(1,5 2,33)P Z

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23

Suponhamos P (Z> z) = 0,0228 , quem é z?

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0 z

0,0228

0,5 – 0,0228 = 0,4772

z = 2,00

P (Z > z) = 0,9505

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 5 10 15 20- +0-z

0,4505+

0,5

z= -1,65

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-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

( 20)P X

= 15 sacos

= 6 sacos

Exemplo: (Controle de Estoque) O estoque de cimento em

uma determinada obra acaba quando a demanda durante o

tempo de espera (entre o pedido de compra e a entrega) é

maior que 20 sacos. Qual a probabilidade de que isto

aconteça?

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20 150,83

6

XZ

( 20) ( 0,83)

0,5 0,2967 0,2033

P X P Z

( 0,83)P Z

A chance de que oestoque acabe antesdo tempo de esperaé de 20,33%.

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

( 20)P X

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0,83

Área da tabela Z

z

X

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Exemplo: Em um restaurante temos: peso médio consumido:

0,56 kg, desvio padrão: de 0,040 kg. Admitindo que esta v.a.

seja distribuída normalmente (tenha distribuição normal),

determine:

a) quantas pessoas comem entre 0,50 e 0,70 kg;

b) mais do que 0,65 kg.

Solução:

0,56 ; 0,04

a) P 0,50 < X < 0,70 = ?

b) P X > 0,65 = ?

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Curva do problema

a)

Valores de Z

0,50 -0,56z1= = -1,50

0,04

0,70 -0,56z2 = = 3,50

0,04

Curva normal padrão

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Área (TABELA Z)

93,3% dos pratos servidos estão entre 0,50 e 0,70 kg.

( 1,5 0) (0 3,5)

(0 1,5) (0 3,5)

0,9330

P 0,50 < X < 0,70 = P(-1,5 < Z < 3,5)

P Z P Z

P Z P Z

b) (quadro)

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Exercício de aplicação:

Sabe-se que a variável X que representa o tempo gasto para se realizar

uma determinada análise de laboratório, tem distribuição normal com

média de 40 minutos e desvio padrão de 10 minutos. Uma análise será

realizada:

a) Qual a probabilidade que o tempo para a realização da análise fique

entre 30 e 50 minutos?

b) Qual a probabilidade que o tempo seja superior a 60 minutos?

c) Qual a probabilidade do tempo estar entre 40 e 50 minutos.

d) Acima de que valor de tempo espera-se realizar 90% das análises?