Prof.Letícia Garcia Polac. 26 de setembro de 2017

Transcrição

1 Bioestatística Prof.Letícia Garcia Polac Universidade Federal de Uberlândia UFU-MG 26 de setembro de 2017

2 Sumário 1 2 Probabilidade Condicional e Independência

3 Introdução Neste capítulo serão abordados os conceitos de probabilidade que dão suporte para o estudo de estatística e experimentação. Quando fala-se de probabilidade, pretende-se identificar a chance de ocorrência de um determinado resultado de interesse, em situações nas quais não é possível calcular com exatidão o valor real do evento. Desta forma, trabalha-se com chances ou probabilidades.

4 Definições Experimento aleatório: consiste em um experimento que pode ser efetuado repetidas vezes, sob as mesmas condições de realização, mas cujos resultados não são essencialmente os mesmos em todas as repetições. Exemplos: 1. Lançamento de uma moeda ou dado; 2. Tempo de vida útil de um componente eletrônico; 3. Número de chamadas telefônicas que chegam a uma central em um intervalo de tempo

5 Definições Espaço amostral (Ω) : conjunto formado por todos os resultados possíveis de um experimento. Evento: é um subconjunto do espaço amostral. Exemplo: Considere um experimento cujo objetivo é verificar a face superior de um dado. Então o espaço amostral associado a esse experimento é Ω = {1, 2, 3, 4, 5, 6} O evento verificar número par na face superior do dado é: A = {2, 4, 6}

6 Exercício 1. Uma fábrica produz determinado artigo. Da linha de produção são retirados três artigos, e cada um é classificado como bom (B) ou defeituoso (D). Qual o espaço amostral associado a esse experimento? Se A é definido como sendo dois artigos bons, quais são os elementos pertencentes a esse evento? Exercício 2. Qual o espaço amostral associado a um experimento que consiste em determinar a altura de crianças com distúrbios de crescimento?

7 Operações com Conjuntos As operações com conjuntos podem ser aplicadas aos eventos. Então define-se: Evento interseção (A B): é o conjunto formado pelos resultados que pertencem aos eventos A e B simultaneamente. Evento união (A B): é o evento formado pelos resultados de A ou B, ou seja, os resultados que pertencem a pelo menos um dos eventos. Evento complementar (A C ou A): é o evento formado pelos resultados que não pertencem ao evento considerado. Eventos mutuamente exclusivo: Dois eventos são mutuamente exclusivos se e somente se A B =.

8 Operações com Conjuntos Exercício 3: Considere o lançamento de dois dados. Considere os eventos: A = soma dos números obtidos igual a 9, e B = número no primeiro dado maior ou igual a 4. Enumere os elementos de A e B. Obtenha A B, A B e A c.

9 Definição e Propriedades de Probabilidade Definição clássica de Probabilidade: a definição clássica de probabilidade nos diz que a probabilidade de ocorrer o evento A é definida como: P(A) = números de casos favoráveis números de casos possíveis = A Ω = n N Exemplo: Numa sala existem 40 homens e 60 mulheres. Escolhendo-se uma pessoa ao acaso, a probabilidade de ser mulher é de P(mulher) = 60 = 0, 6 ou P(mulher) = 60% 100

10 Definição e Propriedades de Probabilidade Definição de Propabilidade Axiomática: Sejam Ω um espaço amostral associado a um experimento. A cada evento A associaremos um número real representado por P(A) e denominado probabilidade de A que satisfaz as seguintes propriedades: 0 P(A) 1 P(Ω) = 1 Se A 1, A 2,..., A n forem, dois a dois eventos mutuamentes exclusivos, então P(A 1 A 2... A n ) = P(A 1 ) + P(A 2 ) + + P(A n )

11 Exercício 4: Um pesquisador verifica que, dentre 1000 casos de cirrose hepática, 40 evoluíram para câncer. Com base nessa experiência, qual a probabilidade da cirrose se tornar cancerosa? Solução: Seja A o evento cirrose hepática que evoluí para câncer, assim: P(A) = 40 = 0, 04 ou P(A) = 4% 1000 Portanto, a probabilidade da cirrose se tornar cancerosa é de 4%.

12 Exercício 4: Um pesquisador verifica que, dentre 1000 casos de cirrose hepática, 40 evoluíram para câncer. Com base nessa experiência, qual a probabilidade da cirrose se tornar cancerosa? Solução: Seja A o evento cirrose hepática que evoluí para câncer, assim: P(A) = 40 = 0, 04 ou P(A) = 4% 1000 Portanto, a probabilidade da cirrose se tornar cancerosa é de 4%.

13 Definição e Propriedades de Probabilidade Propriedades de Probabilidade: Sejam Ω um espaço amostral e A, B e C eventos de Ω, então: P( ) = 0 P(A C ) = 1 P(A) P(A B) = P(A) + P(B) P(A B)

14 As operações de reunião, interseção e complementação entre eventos possuem propriedades análogas àquelas válidas para operações entre conjuntos; (A B) c = A c B c (A B) c = A c B c A A c = Ω A A c = A (B C) = (A B) (A C) A (B C) = (A B) (A C)

15 Exercício 5: Suponha que o seguinte quadro represente uma possível divisão de alunos matriculados na UFU em um determinado semestre: Calcular: a) A probabilidade de uma pessoa selecionada aleatoriamente estar matriculada em engenharia; b) P(M)? c) P(MT M)? d) P(E C)? e) P(Q C )?

16 Exercício 6: Considere um experimento e os eventos A e B associados a este experimento. Seja P(A) = 1 2 ; P(B) = 1 3 e P(A B) = 1 4. Calcule: a) P(A C ) b) P(A B) c) P(A c B c ) d) P(A c B c ) e) Qual a probabilidade que B ocorra e A não ocorra.

17 Análise Combinatória Nem sempre é possível enumerar o espaço amostral. Nestes casos, deve-se usar a análise combinatória como processo de contagem. Nas combinações estamos interessados somente em selecionar objetos sem nos preocuparmos com a ordem. Assim, o número total de combinações de p objetos selecionados dentre os n objetos distintos, denotado por C n,p é C n,p = n! n!(n p)!

18 Exemplos: 1. Dentre oito pessoas, quantas comissões de três membros podem ser escolhidas? 2. Um grupo de oito pessoas é formado de cinco homens e três mulheres. Quantas comissões de três pessoas podem ser constituídas, incluindo exatamente dois homens?

19 Probabilidade Condicional e Independência Probabilidade Condicional Probabilidade Condicional: Em muitas situações, o fato de ficarmos sabendo que um determinado evento ocorreu faz com que se modifique a probabilidade que atribuímos a um outro evento. Este tipo de probabilidade é chamada de probabilidade condicionada. Dado dois eventos A e B do espaço amostral Ω, denotamos por P(A/B) a probabilidade do evento A ocorrer dado que (sabendo que) o evento B ocorreu (Obs: na prática se diz A dado B).

20 Probabilidade Condicional e Independência Probabilidade Condicional A probabilidade condicional P(A/B) é definida como: Analogamente, P(A/B) = P(A B) ; P(B) 0. P(B) P(B/A) = P(A B) ; P(A) 0. P(A) Dessas expressões é possível definir a Regra do Produto de Probabilidade: P(A B) = P(A/B) P(B) = P(B/A) P(A)

21 Probabilidade Condicional e Independência Probabilidade Condicional Exercício 7. Utilizando os dados dos alunos matriculados em uma universidade, determine: Sabendo que uma pessoa selecionada ao acaso está matriculada em matemática, qual a probabilidade que ela seja do sexo masculino?

22 Probabilidade Condicional e Independência Probabilidade Condicional Exercício 8. Uma urna contém duas bolas brancas (B) e três vermelhas (V ). Suponhaque são sorteadas duas bolas ao acaso, sem reposição. Isso significa que escolhemos aprimeira bola, verificamos sua cor e não à devolvemos a urna, misturamos as bolas restantes e retiramos a segunda. O diagrama em árvore da Figura ilustra as possibilidades. Em cada galho da árvore estão indicadas as probabilidades de ocorrência, sendo que para as segundas bolas as probabilidades são condicionais.

23 Probabilidade Condicional e Independência Probabilidade Condicional Se A indicar o evento bola branca na segunda extração, então P(A) = P(BB) + P(VB) = 2/20 + 6/20 = 2/5 Resultados do Experimento

24 Probabilidade Condicional e Independência Probabilidade Condicional Exercício 9: Num certo colégio, 4% dos homens e 1% das mulheres têm mais de 1,75 de altura. 60% dos estudantes são mulheres. Um estudante é escolhido ao acaso e tem mais de 1,75m. Qual é a probabilidade de que seja homem?

25 Probabilidade Condicional e Independência Eventos Independentes Eventos Independentes: Da regra do produto de probabilidades, surge a definição de eventos independentes. Dois eventos A e B são independentes se, e somente se, P(A/B) = P(A) ou P(B/A) = P(B). Assim, se A e B forem independentes, temos: P(A B) = P(A/B)P(B) = P(A)P(B) Generalizando, vários eventos são independentes entre si, se forem independentes dois a dois, ou ainda:p(a B... W ) = P(A).P(B)..P(W )

26 Probabilidade Condicional e Independência Eventos Independentes Exercício 10: A probabilidade de que um homem esteja vivo daqui a 30 anos é 2/5; a de sua mulher é de 2/3. Determinar a probabilidade de que daqui 30 anos: a) ambos estejam vivos; b) somente o homem esteja vivo; c) pelo menos um esteja vivo.

27 Probabilidade Condicional e Independência Exercício 11: Sejam A e B eventos tais que P(A) = 0, 2; P(B) = p; e P(A B) = 0, 6. Calcular p considerando A e B: a) mutuamente exclusivos b) independentes

28 Probabilidade Condicional e Independência Exercício 12: Considere 3 fábricas A, B e C, que produzem um determinado produto em lotes de 100, 200 e 300 peças, respectivamente. Um lote de cada fábrica é selecionado e as peças são misturadas. Suponha que a probabilidade de se encontrar peças defeituosas em cada uma das fábricas seja respectivamente de 10%; 5% e 1%. Selecionando-se uma peça ao acaso, calcule as seguintes probabilidades: a) ser da fábrica A; b) ser defeituosa, sabendo que a peça provém da fábrica A; c) ser defeituosa; d) ser da fábrica A, sabendo que a peça é defeituosa.