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Inferencia estadística: media
Problema
2021 · Extraordinaria · Reserva
8
Examen
EJERCICIO 8

La estatura de las mujeres de una población sigue una ley Normal de media desconocida y desviación típica 7 cm.

a) Se toma una muestra aleatoria de 300 mujeres de esta población, que da una estatura media de 168 cm. Construya un intervalo de confianza al 97% para estimar la estatura media de las mujeres de esta población.b) Calcule el tamaño mínimo que debe tener una muestra de esta población para que, con un nivel de confianza del 94%, el error máximo cometido al estimar la estatura media de las mujeres de esa población sea inferior a 1.2 cm.
Intervalo de confianzaDistribución NormalError máximo

La estatura de las mujeres de una población sigue una distribución Normal con media μ\mu desconocida y desviación típica σ=7 cm\sigma = 7 \text{ cm}. Se usará la fórmula del intervalo de confianza para la media cuando la desviación típica de la población es conocida:

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)
a) Construcción de un intervalo de confianza al 97% para la estatura media.

Datos:σ=7 cm\sigma = 7 \text{ cm} n=300n = 300 xˉ=168 cm\bar{x} = 168 \text{ cm} Nivel de confianza: 97%    1α=0.97    α=0.03    α/2=0.01597\% \implies 1 - \alpha = 0.97 \implies \alpha = 0.03 \implies \alpha/2 = 0.015.Se busca el valor zα/2z_{\alpha/2} tal que P(Zzα/2)=1α/2=10.015=0.985P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2 = 1 - 0.015 = 0.985.Consultando la tabla de la distribución Normal estándar o utilizando una calculadora, se obtiene z0.0152.17z_{0.015} \approx 2.17.Calculamos el margen de error EE:

E=zα/2σn=2.177300E = z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}} = 2.17 \frac{7}{\sqrt{300}}
E2.17717.32052.17×0.40410.8769 cmE \approx 2.17 \frac{7}{17.3205} \approx 2.17 \times 0.4041 \approx 0.8769 \text{ cm}

El intervalo de confianza es:

IC=(1680.8769,168+0.8769)IC = (168 - 0.8769, 168 + 0.8769)
IC(167.1231,168.8769)IC \approx (167.1231, 168.8769)
b) Cálculo del tamaño mínimo de la muestra para un error máximo inferior a 1.2 cm.

Datos:σ=7 cm\sigma = 7 \text{ cm} Error máximo deseado E<1.2 cmE < 1.2 \text{ cm} Nivel de confianza: 94%    1α=0.94    α=0.06    α/2=0.0394\% \implies 1 - \alpha = 0.94 \implies \alpha = 0.06 \implies \alpha/2 = 0.03.Se busca el valor zα/2z_{\alpha/2} tal que P(Zzα/2)=1α/2=10.03=0.97P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2 = 1 - 0.03 = 0.97.Consultando la tabla de la distribución Normal estándar o utilizando una calculadora, se obtiene z0.031.88z_{0.03} \approx 1.88.La fórmula del error es E=zα/2σnE = z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}}. Despejamos nn:

n=zα/2σE\sqrt{n} = \frac{z_{\alpha/2} \sigma}{E}
n=(zα/2σE)2n = \left(\frac{z_{\alpha/2} \sigma}{E}\right)^2

Sustituimos los valores:

n=(1.88×71.2)2n = \left(\frac{1.88 \times 7}{1.2}\right)^2
n=(13.161.2)2n = \left(\frac{13.16}{1.2}\right)^2
n(10.9667)2120.268n \approx (10.9667)^2 \approx 120.268

Dado que el tamaño de la muestra debe ser un número entero y para asegurar que el error sea inferior a 1.2 cm, debemos redondear al siguiente número entero superior.El tamaño mínimo de la muestra debe ser n=121n = 121 mujeres.