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Intervalos de confianza para la media
Problema
2024 · Ordinaria · Reserva
8
Examen
EJERCICIO 8

La cuota mensual de las hipotecas en una ciudad es una variable aleatoria que sigue una distribución Normal de media desconocida y desviación típica igual a 140euros140 \,\text{euros}.

a) Se toma una muestra aleatoria de hipotecas en dicha ciudad y se obtiene que el intervalo de confianza al 95%95\% para la media de las cuotas mensuales es (517.65,551.95)(517.65, 551.95). Calcule el valor de la media muestral y el tamaño de la muestra elegida.b) Escogida otra muestra de 7878 hipotecas en esa ciudad y con un nivel de confianza del 97%97\%, calcule el error máximo cometido para estimar la cuota mensual media.c) Si en otra ciudad la cuota mensual de las hipotecas sigue una distribución Normal de media 540euros540 \,\text{euros} y desviación típica de 150euros150 \,\text{euros}, calcule la probabilidad de que la cuota de una hipoteca elegida al azar en dicha ciudad esté comprendida entre 600600 y 700700 euros.
Distribución NormalIntervalo de confianzaError máximo
a) Se toma una muestra aleatoria de hipotecas en dicha ciudad y se obtiene que el intervalo de confianza al 95%95\% para la media de las cuotas mensuales es (517.65,551.95)(517.65, 551.95). Calcule el valor de la media muestral y el tamaño de la muestra elegida.

El intervalo de confianza para la media de una población con desviación típica conocida (σ\sigma) se calcula mediante la expresión:

IC=(xˉzα/2σn,xˉ+zα/2σn)IC = \left(\bar{x} - z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}}, \bar{x} + z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}}\right)

Se nos da la desviación típica σ=140euros\sigma = 140 \,\text{euros} y un nivel de confianza del 95%95\%. Para este nivel de confianza, α=10.95=0.05\alpha = 1 - 0.95 = 0.05, por lo que α/2=0.025\alpha/2 = 0.025. Buscamos el valor crítico zα/2z_{\alpha/2} en la tabla de la distribución Normal estándar tal que P(Zzα/2)=10.025=0.975P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - 0.025 = 0.975. Este valor es z0.025=1.96z_{0.025} = 1.96.La media muestral xˉ\bar{x} se encuentra en el centro del intervalo de confianza. Por lo tanto:

xˉ=517.65+551.952=1069.62=534.8\bar{x} = \frac{517.65 + 551.95}{2} = \frac{1069.6}{2} = 534.8

El margen de error (EE) es la mitad de la amplitud del intervalo:

E=551.95517.652=34.32=17.15E = \frac{551.95 - 517.65}{2} = \frac{34.3}{2} = 17.15

También sabemos que el margen de error es E=zα/2σnE = z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}}. Sustituyendo los valores conocidos, podemos despejar el tamaño de la muestra nn:

17.15=1.96140n17.15 = 1.96 \cdot \frac{140}{\sqrt{n}}
n=1.9614017.15=274.417.15=16\sqrt{n} = \frac{1.96 \cdot 140}{17.15} = \frac{274.4}{17.15} = 16
n=162=256n = 16^2 = 256

La media muestral es xˉ=534.8euros\bar{x} = 534.8 \,\text{euros} y el tamaño de la muestra es n=256n = 256.

b) Escogida otra muestra de 7878 hipotecas en esa ciudad y con un nivel de confianza del 97%97\%, calcule el error máximo cometido para estimar la cuota mensual media.

Tenemos los siguientes datos: desviación típica σ=140euros\sigma = 140 \,\text{euros}, tamaño de la muestra n=78n = 78, y un nivel de confianza del 97%97\%. Para este nivel de confianza, α=10.97=0.03\alpha = 1 - 0.97 = 0.03, por lo que α/2=0.015\alpha/2 = 0.015. Buscamos el valor crítico zα/2z_{\alpha/2} tal que P(Zzα/2)=10.015=0.985P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - 0.015 = 0.985. De la tabla de la distribución Normal estándar, obtenemos z0.0152.17z_{0.015} \approx 2.17.El error máximo (EE) para estimar la media se calcula con la fórmula:

E=zα/2σnE = z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}}

Sustituyendo los valores:

E=2.1714078E = 2.17 \cdot \frac{140}{\sqrt{78}}
E=2.171408.8318E = 2.17 \cdot \frac{140}{8.8318}
E2.1715.851E \approx 2.17 \cdot 15.851
E34.402E \approx 34.402

El error máximo cometido para estimar la cuota mensual media es aproximadamente 34.40euros34.40 \,\text{euros}.

c) Si en otra ciudad la cuota mensual de las hipotecas sigue una distribución Normal de media 540euros540 \,\text{euros} y desviación típica de 150euros150 \,\text{euros}, calcule la probabilidad de que la cuota de una hipoteca elegida al azar en dicha ciudad esté comprendida entre 600600 y 700700 euros.

La variable aleatoria XX (cuota mensual de las hipotecas) sigue una distribución Normal con media μ=540euros\mu = 540 \,\text{euros} y desviación típica σ=150euros\sigma = 150 \,\text{euros}. Queremos calcular P(600<X<700)P(600 < X < 700).Estandarizamos los valores de XX a la distribución Normal estándar ZZ utilizando la fórmula Z=XμσZ = \frac{X - \mu}{\sigma}.Para X1=600X_1 = 600:

Z1=600540150=60150=0.4Z_1 = \frac{600 - 540}{150} = \frac{60}{150} = 0.4

Para X2=700X_2 = 700:

Z2=700540150=1601501.07Z_2 = \frac{700 - 540}{150} = \frac{160}{150} \approx 1.07

Ahora calculamos la probabilidad en términos de ZZ:

P(600<X<700)=P(0.4<Z<1.07)P(600 < X < 700) = P(0.4 < Z < 1.07)
P(0.4<Z<1.07)=P(Z<1.07)P(Z<0.4)P(0.4 < Z < 1.07) = P(Z < 1.07) - P(Z < 0.4)

Consultando la tabla de la distribución Normal estándar (o una calculadora):

P(Z<1.07)0.8577P(Z < 1.07) \approx 0.8577
P(Z<0.4)0.6554P(Z < 0.4) \approx 0.6554

Restamos estos valores para obtener la probabilidad deseada:

P(0.4<Z<1.07)=0.85770.6554=0.2023P(0.4 < Z < 1.07) = 0.8577 - 0.6554 = 0.2023

La probabilidad de que la cuota de una hipoteca elegida al azar en dicha ciudad esté comprendida entre 600600 y 700700 euros es aproximadamente 0.20230.2023.