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Inferencia para proporciones
Problema
2025 · Ordinaria · Suplente
7
Examen

Se desea estimar la proporción de personas de una determinada localidad que se muestran favorables a la celebración de las fiestas locales durante el mes de mayo. Para ello, se ha tomado una muestra aleatoria de 200200 personas resultando que 130130 de ellas están a favor.

a) Obtenga un intervalo de confianza, con un nivel de confianza del 96.5%96.5\%, para estimar la proporción de personas de esta localidad que está a favor de celebrar las fiestas locales durante el mes de mayo.b) Manteniendo la misma proporción muestral y con un nivel de confianza del 99%99\%, ¿cuál es el número mínimo de personas que deberán seleccionarse aleatoriamente para que la proporción muestral y la poblacional no difieran en más de un 2%2\%?c) Manteniendo el tamaño de la muestra y la proporción muestral, si se aumenta el nivel de confianza, razone cómo influye en el error máximo de estimación.
Proporción muestralIntervalo de confianzaError de estimación+1

Datos iniciales:Tamaño de la muestra, n=200n = 200 personas.Número de personas a favor, x=130x = 130.Proporción muestral de personas a favor: p^=xn=130200=0.65\hat{p} = \frac{x}{n} = \frac{130}{200} = 0.65.Proporción muestral de personas en contra: q^=1p^=10.65=0.35\hat{q} = 1 - \hat{p} = 1 - 0.65 = 0.35.

a) Obtenga un intervalo de confianza, con un nivel de confianza del 96.5%96.5\%, para estimar la proporción de personas de esta localidad que está a favor de celebrar las fiestas locales durante el mes de mayo.

El nivel de confianza es 1α=0.9651 - \alpha = 0.965.Entonces, α=10.965=0.035\alpha = 1 - 0.965 = 0.035.Y α/2=0.035/2=0.0175\alpha/2 = 0.035 / 2 = 0.0175.Buscamos el valor crítico zα/2z_{\alpha/2} tal que P(Zzα/2)=1α/2=10.0175=0.9825P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2 = 1 - 0.0175 = 0.9825.Consultando la tabla de la distribución normal estándar, encontramos que z0.01752.11z_{0.0175} \approx 2.11.El intervalo de confianza para una proporción poblacional pp viene dado por la fórmula:

IC=(p^zα/2p^q^n,p^+zα/2p^q^n)\text{IC} = \left( \hat{p} - z_{\alpha/2} \sqrt{\frac{\hat{p}\hat{q}}{n}}, \hat{p} + z_{\alpha/2} \sqrt{\frac{\hat{p}\hat{q}}{n}} \right)

Sustituyendo los valores:

IC=(0.652.110.650.35200,0.65+2.110.650.35200)\text{IC} = \left( 0.65 - 2.11 \sqrt{\frac{0.65 \cdot 0.35}{200}}, 0.65 + 2.11 \sqrt{\frac{0.65 \cdot 0.35}{200}} \right)
IC=(0.652.110.2275200,0.65+2.110.2275200)\text{IC} = \left( 0.65 - 2.11 \sqrt{\frac{0.2275}{200}}, 0.65 + 2.11 \sqrt{\frac{0.2275}{200}} \right)
IC=(0.652.110.0011375,0.65+2.110.0011375)\text{IC} = \left( 0.65 - 2.11 \sqrt{0.0011375}, 0.65 + 2.11 \sqrt{0.0011375} \right)
IC=(0.652.110.033726,0.65+2.110.033726)\text{IC} = \left( 0.65 - 2.11 \cdot 0.033726, 0.65 + 2.11 \cdot 0.033726 \right)
IC=(0.650.07119,0.65+0.07119)\text{IC} = \left( 0.65 - 0.07119, 0.65 + 0.07119 \right)
IC=(0.57881,0.72119)\text{IC} = \left( 0.57881, 0.72119 \right)

El intervalo de confianza para la proporción de personas a favor de las fiestas es (0.5788,0.7212)(0.5788, 0.7212).

b) Manteniendo la misma proporción muestral y con un nivel de confianza del 99%99\%, ¿cuál es el número mínimo de personas que deberán seleccionarse aleatoriamente para que la proporción muestral y la poblacional no difieran en más de un 2%2\%?

Proporción muestral p^=0.65\hat{p} = 0.65, q^=0.35\hat{q} = 0.35.Nivel de confianza 1α=0.991 - \alpha = 0.99.Entonces, α=0.01\alpha = 0.01, y α/2=0.005\alpha/2 = 0.005.Buscamos el valor crítico zα/2z_{\alpha/2} tal que P(Zzα/2)=1α/2=10.005=0.995P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2 = 1 - 0.005 = 0.995.Consultando la tabla de la distribución normal estándar, encontramos que z0.0052.575z_{0.005} \approx 2.575.El error máximo de estimación (E)(E) es del 2%2\%, es decir, E=0.02E = 0.02.La fórmula para el tamaño mínimo de la muestra (n)(n) es:

n=(zα/2E)2p^q^n = \left( \frac{z_{\alpha/2}}{E} \right)^2 \hat{p}\hat{q}

Sustituyendo los valores:

n=(2.5750.02)2(0.65)(0.35)n = \left( \frac{2.575}{0.02} \right)^2 (0.65)(0.35)
n=(128.75)2(0.2275)n = (128.75)^2 (0.2275)
n=16576.56250.2275n = 16576.5625 \cdot 0.2275
n=3770.81n = 3770.81

Dado que el tamaño de la muestra debe ser un número entero y debemos garantizar el error, se debe redondear al siguiente entero.El número mínimo de personas que deberán seleccionarse es 37713771.

c) Manteniendo el tamaño de la muestra y la proporción muestral, si se aumenta el nivel de confianza, razone cómo influye en el error máximo de estimación.

El error máximo de estimación para una proporción muestral se define como E=zα/2p^q^nE = z_{\alpha/2} \sqrt{\frac{\hat{p}\hat{q}}{n}}.En esta expresión, p^\hat{p}, q^\hat{q} y nn se mantienen constantes según el enunciado.Si se aumenta el nivel de confianza (1α)(1 - \alpha), esto implica que el valor de α\alpha disminuye.Una disminución de α\alpha lleva a una disminución de α/2\alpha/2.El valor crítico zα/2z_{\alpha/2} es el valor de Z que deja una probabilidad de α/2\alpha/2 en la cola superior (o 1α/21 - \alpha/2 a su izquierda).A medida que disminuye α/2\alpha/2 (y por lo tanto aumenta 1α/21 - \alpha/2), el valor de zα/2z_{\alpha/2} aumenta (se necesita un valor de Z más alejado de la media para cubrir una mayor área central).Dado que zα/2z_{\alpha/2} aumenta y los otros términos bajo la raíz cuadrada y la raíz cuadrada misma permanecen constantes, el error máximo de estimación EE también aumenta.Por lo tanto, si se aumenta el nivel de confianza, el error máximo de estimación aumenta.