Blog “Ciências Exatas Contemporâneas”, de autoria de
Superdotado Álaze Gabriel.
Disponível em http://www.cienciaexatascontemporaneas.blogspot.com.br/
3. MEDIDAS DE POSIÇÃO
Introdução
è São as estatísticas que representam uma série de dados
orientando-nos quanto à posição da distribuição em relação ao eixo horizontal
do gráfico da curva de freqüência.
·
As medidas de posições mais importantes são as medidas de tendência central ou promédias (verifica-se
uma tendência dos dados observados a se agruparem em torno dos valores
centrais).
·
As medidas de tendência central mais utilizadas
são: média aritmética, moda e mediana. Outros promédios menos usados são as médias: geométrica, harmônica, quadrática,
cúbica e biquadrática.
·
As outras medidas de posição são as separatrizes, que englobam: a própria mediana,
os decis, os quartis e os percentis.
.
MÉDIA
ARITMÉTICA =
è É igual ao quociente entre a soma dos valores do conjunto e o número
total dos valores.
onde
xi são os valores da variável
e n o número de valores.
.
Dados
não-agrupados: Quando desejamos
conhecer a média dos dados não-agrupados em tabelas de freqüências,
determinamos a média aritmética simples.
Ex: Sabendo-se que a venda diária de arroz
tipo A, durante uma semana, foi de 10, 14, 13, 15, 16, 18 e 12 kilos, temos,
para venda média diária na semana de:
.= (10+14+13+15+16+18+12) / 7 = 14 kilos
Desvio em relação à média: é a diferença entre cada elemento de um
conjunto de valores e a média aritmética, ou seja:.
. di = Xi -
No
exemplo anterior temos sete desvios:... d1 = 10 - 14 = - 4 , ...d2
= 14 - 14 = 0 , d3 = 13 - 14 = - 1 , ...d4 = 15 - 14 = 1 ,...
d5 = 16 - 14 = 2 ,... d6 = 18 - 14 = 4 ...e. ..
d7 = 12 - 14 = - 2.
.
Propriedades
da média aritmética è
1ª
propriedade: A soma algébrica dos
desvios em relação à média é nula.
·
No exemplo anterior : d1+d2+d3+d4+d5+d6+d7 = 0
2ª
propriedade: Somando-se (ou
subtraindo-se) uma constante (c) a todos os valores de uma variável, a média do
conjunto fica aumentada ( ou diminuída) dessa constante.
·
Se no exemplo original somarmos a constante 2 a cada um dos valores da variável
temos:
Y = 12+16+15+17+18+20+14 / 7 = 16 kilos ou
Y = .+ 2 = 14 +2 = 16 kilos
3ª
propriedade: Multiplicando-se (ou
dividindo-se) todos os valores de uma variável por uma constante (c), a média
do conjunto fica multiplicada ( ou dividida) por essa constante.
·
Se no exemplo original multiplicarmos a constante
3 a cada um dos valores da variável
temos:
Y = 30+42+39+45+48+54+36 / 7 = 42 kilos ou
Y = x 3 = 14 x 3 = 42 kilos
.
Dados
agrupados:
Sem
intervalos de classe è Consideremos a distribuição relativa a 34
famílias de quatro filhos, tomando para variável o número de filhos do sexo
masculino. Calcularemos a quantidade média de meninos por família:
Nº de meninos
|
Freqüência = fi
|
0
|
2
|
1
|
6
|
2
|
10
|
3
|
12
|
4
|
4
|
Total
|
34
|
·
Como as freqüências são números indicadores da
intensidade de cada valor da variável, elas funcionam como fatores de
ponderação, o que nos leva a calcular a
média aritmética ponderada, dada pela fórmula:
xi.
|
..fi.
|
..xi.fi .
|
0
|
2
|
0
|
1
|
6
|
6
|
2
|
10
|
20
|
3
|
12
|
36
|
4
|
4
|
16
|
total
|
34
|
78
|
Onde 78/34 = 2,3
meninos por família
Com
intervalos de classe è Neste caso, convencionamos que todos os valores
incluídos em um determinado intervalo de classe coincidem com o seu ponto
médio, e determinamos a média aritmética ponderada por meio da fórmula:
..
Onde Xi é o ponto médio da classe.
Ex:
Calcular a estatura média de bebês conforme a tabela abaixo.
Estaturas (cm)
|
freqüência = fi
|
ponto médio = xi
|
..xi.fi.
|
50 |------------ 54
|
4
|
52
|
208
|
54 |------------ 58
|
9
|
56
|
504
|
58 |------------ 62
|
11
|
60
|
660
|
62 |------------ 66
|
8
|
64
|
512
|
66 |------------ 70
|
5
|
68
|
340
|
70 |------------ 74
|
3
|
72
|
216
|
Total
|
40
|
2.440
|
Aplicando a fórmula acima temos: 2.440 /
40.= 61. logo...
= 61 cm
Média Geométrica = g
è É a raiz n-ésima do produto de todos eles.
Média
Geométrica Simples: ou
.
Ex.:
- Calcular a média geométrica dos seguintes conjuntos de números:E
a)
{ 10, 60, 360 }.: = ( 10 * 60 * 36 0) ^ (1/3) ....R: 60
b)
{ 2, 2, 2 }........: = (2 * 2 * 2
^ (1/3) .. .R: 2
c)
{ 1, 4, 16, 64 }: = (1
* 4 * 16 * 64 ) ^(1/4) ....R: 8
.
Média
Geométrica Ponderada :
ou
..
Ex
- Calcular a média geométrica dos valores da tabela abaixo:
...xi...
|
...fi...
|
1
|
2
|
3
|
4
|
9
|
2
|
27
|
1
|
Total
|
9
|
= (12 * 34
* 92 * 271) (1/9). R: 3, 8296
.MÉDIA HARMÔNICA - h
è É o inverso da média aritmética dos inversos.
.
Média
Harmônica Simples:.
(para dados não agrupados)
..ou
.
Média
Harmônica Ponderada : (para dados
agrupados em tabelas de freqüências)
..
Ex.:
Calcular a média harmônica dos valores da tabela abaixo:
classes
|
....fi....
|
....xi....
|
........fi/xi........
|
1 |--------- 3
|
2
|
2
|
2/2 = 1,00
|
3 |--------- 5
|
4
|
4
|
4/4 = 1,00
|
5 |--------- 7
|
8
|
6
|
8/6 = 1,33
|
7 |--------- 9
|
4
|
8
|
4/8 = 0,50
|
9 |--------- 11
|
2
|
10
|
2/10 = 0,20
|
total
|
20
|
4,03
|
Resp:
20 / 4,03 = 4,96
OBS: A média harmônica não aceita valores iguais a
zero como dados de uma série.
·
A igualdade g
= h.= ....só ocorrerá quando todos os valores da série
forem iguais.
OBS: Quando os valores da variável não forem muito
diferentes, verifica-se aproximadamente a seguinte relação:
g = (.+ h
) /.2
|
·
Demonstraremos a relação acima com os seguintes
dados:
z = { 10,1 ; 10,1 ; 10,2 ; 10,4 ; 10,5 }
Média aritmética = 51,3 / 5 = 10,2600
Média geométrica= = 10,2587
Média harmônica = 5 / 0,4874508 = 10,2574
Comprovando a relação: 10,2600 + 10,2574
/ 2 = 10,2587 = média geométrica
.
MODA - Mo
è É o valor que ocorre com
maior freqüência em uma série de valores.
·
Desse modo, o salário modal dos empregados de
uma fábrica é o salário mais comum, isto é, o salário recebido pelo maior
número de empregados dessa fábrica.
.
A
Moda quando os dados não estão agrupados è
· A moda é facilmente reconhecida: basta, de acordo com
definição, procurar o valor que mais se repete.
Ex:
Na série { 7 , 8 , 9 , 10 , 10 , 10 , 11 , 12 } a moda é
igual a 10.
· Há séries nas quais não exista valor modal, isto é,
nas quais nenhum valor apareça mais vezes que outros.
Ex:
{ 3 , 5 , 8 , 10 , 12 } não apresenta
moda. A série é amodal.
· .Em
outros casos, pode haver dois ou mais
valores de concentração. Dizemos, então, que a série tem dois ou mais
valores modais.
Ex:
{ 2 , 3 , 4 , 4 , 4 , 5 , 6 , 7 , 7 , 7
, 8 , 9 } apresenta duas modas: 4 e 7. A série é bimodal.
.
A
Moda quando os dados estão agrupados è
a)
Sem intervalos de classe: Uma vez
agrupados os dados, é possível determinar imediatamente a moda: basta fixar o valor da variável de maior
freqüência.
Ex:
Qual a temperatura mais comum medida no mês abaixo:
Temperaturas
|
Freqüência
|
0º C
|
3
|
1º C
|
9
|
2º C
|
12
|
3º C
|
6
|
Resp:
2º C é a temperatura modal,
pois é a de maior freqüência.
.
b)
Com intervalos de classe: A
classe que apresenta a maior freqüência é denominada classe modal. Pela definição, podemos afirmar que a moda, neste caso, é o valor dominante
que está compreendido entre os limites
da classe modal. O método mais simples para o cálculo da moda consiste em
tomar o ponto médio da classe modal. Damos a esse valor a denominação de moda bruta.
Mo = ( l* + L* ) / 2
|
onde l*
= limite inferior da classe modal e L* = limite superior da classe modal.
Ex: Calcule a estatura modal conforme a tabela
abaixo.
Classes (em cm)
|
Freqüência
|
54 |------------ 58
|
9
|
58 |------------ 62
|
11
|
62 |------------ 66
|
8
|
66 |------------ 70
|
5
|
Resposta: a classe modal é 58|-------- 62, pois é a de maior
freqüência. l* = 58 e L* = 62
Mo
= (58+62) / 2 = 60 cm ( este valor é estimado, pois não conhecemos o valor
real da moda).
Mo = l* + (d1/(d1+d2)) x h*
Método
mais elaborado pela fórmula de CZUBER:
l*
= limite inferior da classe modal..... e..... L*
= limite superior da classe modal
d1
= freqüência da classe modal -
freqüência da classe anterior
à da classe modal
d2
= freqüência da classe modal - freqüência da classe posterior à da classe modal
h*
= amplitude da classe modal
Mo =
58 + ((11-9) / ((11-9) + (11 – 8)) x 4 è Mo
= 59,6
Obs:
A moda é utilizada quando desejamos obter uma medida rápida e
aproximada de posição ou quando a medida de posição deva ser o valor mais
típico da distribuição. Já a média
aritmética é a medida de posição que possui a maior estabilidade.
MEDIANA - Md
è A mediana de um conjunto de
valores, dispostos segundo uma ordem ( crescente ou decrescente), é o valor
situado de tal forma no conjunto que o
separa em dois subconjuntos de mesmo número de elementos.
.
A
mediana em dados não-agrupados è
Dada uma série de valores como, por
exemplo: { 5, 2, 6, 13, 9, 15, 10 }
De acordo com a definição de mediana, o
primeiro passo a ser dado é o da ordenação (crescente ou decrescente) dos
valores: { 2, 5, 6, 9, 10, 13, 15 }
O valor que divide a série acima em duas
partes iguais é igual a 9, logo a Md = 9.
.
Método
prático para o cálculo da Mediana:
è Se a série dada tiver número ímpar de
termos: O
valor mediano será o termo de ordem dado pela fórmula :
.( n + 1 ) / 2
|
Ex:
Calcule a mediana da série { 1, 3, 0, 0, 2, 4, 1, 2, 5 }
1º
- ordenar a série { 0, 0, 1, 1, 2, 2, 3, 4, 5 }
n =
9 logo (n + 1)/2 é dado por (9+1) / 2 = 5, ou seja, o 5º elemento da série
ordenada será a mediana
A
mediana será o 5º elemento = 2
.
Se
a série dada tiver número par de termos: O
valor mediano será o termo de ordem dado pela fórmula :....
.[( n/2 ) +( n/2+ 1 )] / 2
|
Obs: n/2 e (n/2 + 1) serão termos de ordem e
devem ser substituídos pelo valor correspondente.
Ex:
Calcule a mediana da série { 1, 3, 0, 0, 2, 4, 1, 3, 5, 6 }
1º
- ordenar a série { 0, 0, 1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 6 }
n =
10 logo a fórmula ficará: [( 10/2 ) + (10/2 + 1)] / 2
[(
5 + 6)] / 2 será na realidade (5º termo+ 6º termo) / 2
5º
termo = 2
6º
termo = 3
A
mediana será = (2+3) / 2 ou seja, Md =
2,5 . A mediana no exemplo será a média aritmética do 5º e 6º termos da
série.
Notas:
· Quando o número de elementos da série estatística for
ímpar, haverá coincidência da mediana com um dos elementos da série.
· Quando o número de elementos da série estatística for
par, nunca haverá coincidência da mediana com um dos elementos da série. A mediana será sempre a média aritmética
dos 2 elementos centrais da série.
· Em uma série a
mediana, a média e a moda não têm, necessariamente, o mesmo valor.
· A mediana,
depende da posição e não dos valores dos elementos na série ordenada. Essa
é uma da diferenças marcantes entre mediana
e média ( que se deixa influenciar, e
muito, pelos valores extremos). Vejamos:
Em { 5, 7, 10, 13, 15 } a média = 10 e a mediana = 10
Em { 5, 7, 10, 13, 65 } a média = 20 e a mediana = 10
·
isto é, a média do segundo conjunto de valores é
maior do que a do primeiro, por influência dos valores extremos, ao passo que a
mediana permanece a mesma.
A
mediana em dados agrupados è
a)
Sem intervalos de classe: Neste caso,
é o bastante identificar a freqüência acumulada imediatamente superior à metade
da soma das freqüências. A mediana
será aquele valor da variável que corresponde a tal freqüência acumulada.
Ex.: conforme tabela abaixo:
Variável xi
|
Freqüência fi
|
Freqüência acumulada
|
0
|
2
|
2
|
1
|
6
|
8
|
2
|
9
|
17
|
3
|
13
|
30
|
4
|
5
|
35
|
total
|
35
|
·
Quando o somatório das freqüências for ímpar o valor mediano será o termo de
ordem dado pela fórmula :
.
·
Como o somatório das freqüências = 35 a fórmula
ficará: ( 35+1 ) / 2 = 18º termo = 3..
·
Quando o somatório das freqüências for par o valor mediano será o termo de
ordem dado pela fórmula:
Ex: Calcule Mediana da tabela abaixo:
Variável xi
|
Freqüência fi
|
Freqüência acumulada
|
12
|
1
|
1
|
14
|
2
|
3
|
15
|
1
|
4
|
16
|
2
|
6
|
17
|
1
|
7
|
20
|
1
|
8
|
Total
|
8
|
·
Aplicando fórmula acima teremos:[(8/2)+
(8/2+1)]/2 = (4º termo + 5º termo) / 2 = (15 + 16) / 2 = 15,5
b)
Com intervalos de classe: Devemos
seguir os seguintes passos:
1º)
Determinamos as freqüências
acumuladas ;
2º)
Calculamos ;
3º)
Marcamos a classe correspondente à
freqüência acumulada imediatamente superior à .
Tal classe será a classe mediana ;
Md
= l* + [(-
FAA ) x h*] / f*
4º)
Calculamos a Mediana pela seguinte fórmula:. M
l*
= é o limite inferior da classe
mediana.
FAA
= é a freqüência acumulada da classe anterior à classe mediana.
f*
= é a freqüência simples da classe
mediana.
h* = é a amplitude do intervalo da classe mediana.
Ex:
Classes
|
Freqüência = fi
|
Freqüência acumulada
|
50 |------------ 54
|
4
|
4
|
54 |------------ 58
|
9
|
13
|
58 |------------ 62
|
11
|
24
|
62 |------------ 66
|
8
|
32
|
66 |------------ 70
|
5
|
37
|
70 |------------ 74
|
3
|
40
|
Total
|
40
|
=
40 / 2 =.20...........
Logo.a classe mediana será 58 |---------- 62
l* = 58........... FAA = 13...........
f* = 11........... h* = 4
Substituindo esses valores na fórmula,
obtemos:
Md = 58 + [ (20 - 13) x 4] / 11 = 58 +
28/11 = 60,54
OBS:
Esta mediana é estimada, pois não temos
os 40 valores da distribuição.
Emprego
da Mediana
· Quando desejamos obter o ponto que divide a
distribuição em duas partes iguais.
· Quando há valores extremos que afetam de maneira
acentuada a média aritmética.
· Quando a variável em estudo é salário.
SEPARATRIZES
è Além das medidas de posição que estudamos, há outras que,
consideradas individualmente, não são
medidas de tendência central, mas estão ligadas à mediana relativamente à
sua característica de separar a série em duas partes que apresentam o mesmo
número de valores.
Essas medidas - os quartis, os decis e os percentis - são, juntamente com a mediana, conhecidas pelo nome genérico
de separatrizes.
.
QUARTIS - Q
è Denominamos quartis os
valores de uma série que a dividem em
quatro partes iguais. Precisamos
portanto de 3 quartis (Q1 , Q2 e Q3)
para dividir a série em quatro partes iguais.
Obs:
O quartil 2 ( Q2 ) sempre
será igual a mediana da série.
Quartis
em dados não agrupados è
è O método mais prático é utilizar o princípio do cálculo da mediana para os 3 quartis. Na realidade serão calculadas " 3 medianas "
em uma mesma série.
Ex
1: Calcule os quartis da série:
{ 5, 2, 6, 9, 10, 13, 15 }
- O
primeiro passo a ser dado é o da ordenação (crescente ou decrescente) dos
valores: { 2, 5, 6, 9, 10, 13, 15 }
- O
valor que divide a série acima em duas partes iguais é igual a 9, logo a Md = 9 que será = Q2 = 9
-
Temos agora {2, 5, 6 } e {10, 13, 15 } como sendo os dois grupos
de valores iguais proporcionados pela mediana ( quartil 2 ). Para o cálculo do quartil
1 e 3 basta calcular as medianas das
partes iguais provenientes da verdadeira Mediana da série (quartil 2).
Logo
em { 2, 5, 6 } a mediana é = 5 . Ou seja: será o quartil 1 = Q1 = 5
em {10, 13, 15 } a mediana é =13 . Ou seja: será o quartil 3 = Q = 13
Ex
2: Calcule os quartis da série:
{ 1, 1, 2, 3, 5, 5, 6, 7, 9, 9, 10, 13 }
-
A série já está
ordenada, então calcularemos o Quartil 2
= Md = (5+6)/2 = 5,5
- O
quartil 1 será a mediana da série à
esquerda de Md : { 1, 1, 2, 3, 5, 5 }
Q1 = (2+3)/2 = 2,5
- O
quartil 3 será a mediana da série à
direita de Md : {6, 7, 9, 9, 10, 13 }
Q3 = (9+9)/2 = 9
Quartis
para dados agrupados em classes è
è Usamos a mesma técnica do cálculo da mediana, bastando substituir,
na fórmula da mediana,
E
fi / 2....
por ... k . E
fi / 4
... sendo k o
número de ordem do quartil.
Assim, temos:
Q1
= . l* + [(E fi / 4 - FAA ) x h*] / f*
Q2
= . l* + [(2.E fi / 4 - FAA ) x h*] / f*
Q3
= . l* + [(3.E fi / 4 - FAA ) x h*] / f*
Ex
3 - Calcule os quartis da tabela abaixo:
Classes
|
Freqüência = fi
|
Freqüência acumulada
|
50 |------------ 54
|
4
|
4
|
54 |------------ 58
|
9
|
13
|
58 |------------ 62
|
11
|
24
|
62 |------------ 66
|
8
|
32
|
66 |------------ 70
|
5
|
37
|
70 |------------ 74
|
3
|
40
|
Total
|
40
|
- O quartil
2 = Md , logo:
=
40 / 2 =.20...........
logo.a classe mediana será 58 |---------- 62
l* = 58...........
FAA = 13........... f* = 11........... h* = 4
Q2
= . l* + [(2.E fi / 4 - FAA ) x h*] / f*
- Substituindo esses valores na fórmula,
obtemos:
Md = 58 + [ (20 - 13) x 4] / 11 = 58 +
28/11 = 60,54 = Q2
- O quartil
1 : E fi / 4 = 10
Q1
= . l* + [(E fi / 4 - FAA ) x h*] / f*
Q1 = 54 + [ (10 - 4) x 4] / 9 = 54 + 2,66
= 56,66 = Q1
.
- O quartil
3 : 3.E fi / 4 = 30
Q3
= . l* + [(3.E fi / 4 - FAA ) x h*] / f*
Q3 = 62 + [ (30 -24) x 4] / 8 = 62 + 3 = 65 = Q3
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