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Questão de Estatística — Estatística descritiva (análise exploratória de dados) — FGV 2023

EstatísticaEstatística descritiva (análise exploratória de dados)
Código
fg071170
Banca
FGV
Órgão
TCE-ES
Ano
2023
Nível
Superior
Cargo
Auditor de Controle Externo - Auditoria Governamental
A distribuição do comprimento de pranchas de surfe fabricadas por um artesão segue uma distribuição uniforme em [t-1/2, t+1/2], com t > 0.Suponha que uma amostra aleatória de 12 pranchas é medida, e a média amostral, X_b, é calculada. Nesse caso:
  1. Aa esperança de X_b é t e Pr (X_b < t - 1/6) é aproximadamente 95%;
  2. Ba esperança de X_b é t/2 e Pr (X_b > t + 1/6) é aproximadamente 95%;
  3. Ca esperança de X_b é t/2 e Pr (X_b <= t - 1/6) é aproximadamente 97%;
  4. Da esperança de X_b é t/4 e Pr (X_b > t + 1/6) é aproximadamente 2,5%;
  5. Ea esperança de X_b é t e Pr (X_b <= t - 1/6) é aproximadamente 2,5%.
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GabaritoE — a esperança de X_b é t e Pr (X_b <= t - 1/6) é aproximadamente 2,5%.

Comentário gerado por IA. É um apoio ao estudo, ancorado em fontes, mas pode conter imprecisões — confira sempre na fonte oficial (lei, súmula, edital e gabarito da banca). Encontrou um erro? Use “Reportar”.

Distribuição amostral da média e Teorema Central do Limite

Gabarito: letra E. A esperança da média amostral é E(Xˉ)=tE(\bar{X}) = t (a média da distribuição uniforme é o ponto médio do intervalo) e, pelo Teorema Central do Limite, Xˉ\bar{X} é aproximadamente normal com desvio padrão σXˉ=11212=112\sigma_{\bar{X}} = \frac{1}{\sqrt{12} \cdot \sqrt{12}} = \frac{1}{12}. Assim, Pr(Xˉt1/6)=Pr(Z2)2,5%\Pr(\bar{X} \leq t - 1/6) = \Pr(Z \leq -2) \approx 2,5\%, exatamente o que a alternativa E afirma.

A questão combina dois conceitos: a distribuição uniforme e a distribuição amostral da média. Vamos por partes.

1. A distribuição uniforme e seus parâmetros.

Uma variável aleatória XX com distribuição uniforme contínua no intervalo [a,b][a, b] tem função densidade de probabilidade constante f(x)=1baf(x) = \frac{1}{b-a} nesse intervalo. A média (esperança) é o ponto médio:

E(X)=a+b2E(X) = \frac{a+b}{2}

E a variância é:

Var(X)=(ba)212Var(X) = \frac{(b-a)^2}{12}

No nosso caso, a=t12a = t - \frac{1}{2} e b=t+12b = t + \frac{1}{2}. Portanto:

E(X)=(t1/2)+(t+1/2)2=2t2=tE(X) = \frac{(t - 1/2) + (t + 1/2)}{2} = \frac{2t}{2} = t
Var(X)=[(t+1/2)(t1/2)]212=(1)212=112Var(X) = \frac{[(t + 1/2) - (t - 1/2)]^2}{12} = \frac{(1)^2}{12} = \frac{1}{12}

2. A distribuição amostral da média.

Para uma amostra aleatória simples de tamanho nn, a média amostral Xˉ\bar{X} tem:

  • Esperança: E(Xˉ)=E(X)=tE(\bar{X}) = E(X) = t

  • Variância: Var(Xˉ)=Var(X)n=1/1212=1144Var(\bar{X}) = \frac{Var(X)}{n} = \frac{1/12}{12} = \frac{1}{144}

  • Desvio padrão (erro padrão): σXˉ=1144=112\sigma_{\bar{X}} = \sqrt{\frac{1}{144}} = \frac{1}{12}

3. O Teorema Central do Limite (TCL).

Como a amostra tem tamanho n=12n = 12 (razoavelmente grande) e a distribuição original é uniforme (que não é muito assimétrica), o TCL garante que a distribuição de Xˉ\bar{X} é aproximadamente normal. Padronizando:

Z=XˉE(Xˉ)σXˉ=Xˉt1/12Z = \frac{\bar{X} - E(\bar{X})}{\sigma_{\bar{X}}} = \frac{\bar{X} - t}{1/12}

4. Calculando a probabilidade.

Queremos Pr(Xˉt1/6)\Pr(\bar{X} \leq t - 1/6). Padronizando:

Pr(Xˉt1/12t1/6t1/12)=Pr(Z1/61/12)=Pr(Z2)\Pr\left(\frac{\bar{X} - t}{1/12} \leq \frac{t - 1/6 - t}{1/12}\right) = \Pr\left(Z \leq \frac{-1/6}{1/12}\right) = \Pr(Z \leq -2)

Pela tabela da distribuição normal padrão, Pr(Z2)0,0228\Pr(Z \leq -2) \approx 0,0228, ou seja, aproximadamente 2,5%2,5\%.

Portanto, a alternativa E está correta: a esperança de Xˉ\bar{X} é tt e Pr(Xˉt1/6)2,5%\Pr(\bar{X} \leq t - 1/6) \approx 2,5\%.

Caso

Esperança de Xˉ\bar{X}

Probabilidade calculada

Resultado

A

(t) (correta)

Pr(Xˉ<t1/6)2,5%\Pr(\bar{X} < t - 1/6) \approx 2,5\%, não 95%

Incorreta

B

(t/2) (errada)

Pr(Xˉ>t+1/6)2,5%\Pr(\bar{X} > t + 1/6) \approx 2,5\%, não 95%

Incorreta

C

(t/2) (errada)

Pr(Xˉt1/6)2,5%\Pr(\bar{X} \leq t - 1/6) \approx 2,5\%, não 97%

Incorreta

D

(t/4) (errada)

Pr(Xˉ>t+1/6)2,5%\Pr(\bar{X} > t + 1/6) \approx 2,5\% (correta, mas esperança errada)

Incorreta

E

(t) (correta)

Pr(Xˉt1/6)2,5%\Pr(\bar{X} \leq t - 1/6) \approx 2,5\% (correta)

Correta (gabarito)

  1. 1E(X) = t
  2. 2Var(X) = 1/12
  3. 3Var(X̄) = 1/144
  4. 4σ(X̄) = 1/12
  5. 5Z = -2 → 2,5%
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Alternativa A — ❌ Incorreta

A esperança está correta (tt), mas a probabilidade está errada. Pr(Xˉ<t1/6)=Pr(Z<2)2,5%\Pr(\bar{X} < t - 1/6) = \Pr(Z < -2) \approx 2,5\%, não 95%. O valor 95% corresponderia a Pr(Z<1,645)\Pr(Z < 1,645), ou seja, Xˉ<t+1/6×1,645t+0,137\bar{X} < t + 1/6 \times 1,645 \approx t + 0,137, não t1/6t - 1/6.

Alternativa B — ❌ Incorreta

A esperança está errada: E(Xˉ)=tE(\bar{X}) = t, não t/2t/2. Além disso, a probabilidade Pr(Xˉ>t+1/6)=Pr(Z>2)2,5%\Pr(\bar{X} > t + 1/6) = \Pr(Z > 2) \approx 2,5\%, não 95%. O valor 95% seria para Pr(Xˉ<t+0,137)\Pr(\bar{X} < t + 0,137), não para Xˉ>t+1/6\bar{X} > t + 1/6.

Alternativa C — ❌ Incorreta

A esperança está errada (t/2t/2 em vez de tt). A probabilidade Pr(Xˉt1/6)2,5%\Pr(\bar{X} \leq t - 1/6) \approx 2,5\%, não 97%. O valor 97% corresponderia a Pr(Z<1,88)\Pr(Z < 1,88), ou seja, Xˉ<t+0,157\bar{X} < t + 0,157, não t1/6t - 1/6.

Alternativa D — ❌ Incorreta

A esperança está errada: E(Xˉ)=tE(\bar{X}) = t, não t/4t/4. A probabilidade Pr(Xˉ>t+1/6)2,5%\Pr(\bar{X} > t + 1/6) \approx 2,5\% está correta, mas como a esperança está errada, a alternativa como um todo é falsa.

Alternativa E — ✅ Correta ⟵ GABARITO

A esperança E(Xˉ)=tE(\bar{X}) = t está correta (média da distribuição uniforme). A probabilidade Pr(Xˉt1/6)=Pr(Z2)2,5%\Pr(\bar{X} \leq t - 1/6) = \Pr(Z \leq -2) \approx 2,5\% também está correta, como calculado acima.

NÃO CAIA NESSA!

A banca explora a confusão entre o desvio padrão da população (σ=1/120,289\sigma = \sqrt{1/12} \approx 0,289) e o erro padrão da média (σXˉ=σ/n=1/120,083\sigma_{\bar{X}} = \sigma/\sqrt{n} = 1/12 \approx 0,083). Quem usa σ\sigma no lugar de σXˉ\sigma_{\bar{X}} encontra Pr(Xˉt1/6)=Pr(Z0,577)28%\Pr(\bar{X} \leq t - 1/6) = \Pr(Z \leq -0,577) \approx 28\%, que não aparece nas alternativas — mas a banca ainda testa se você lembra de dividir por n\sqrt{n}.

PEGA ESSA DICA!

Para questões de distribuição amostral, monte o passo a passo: (1) calcule E(X)E(X) e Var(X)Var(X) da população; (2) divida a variância por nn para obter Var(Xˉ)Var(\bar{X}); (3) padronize com Z=(XˉE(Xˉ))/σXˉZ = (\bar{X} - E(\bar{X}))/\sigma_{\bar{X}}; (4) consulte a tabela normal. Esse roteiro resolve a maioria das questões de TCL.

Gabarito: letra E.

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