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Intervalos de confianza
Problema
2020 · Ordinaria · Suplente
7
Examen

El precio de venta al público del kilogramo de frambuesas sigue una ley Normal de media desconocida y varianza 9. En una localidad se eligen 10 comercios de manera aleatoria, obteniéndose los siguientes precios en euros:12.3, 10, 9.1, 11, 10.5, 11.8, 9.9, 11.5, 10.9, 13

a) ¿Qué distribución siguen las medias de las muestras de tamaño 10?b) Con los datos obtenidos de la muestra, determine un intervalo de confianza al 97 % para el precio medio del kilogramo de frambuesas.c) Con el mismo nivel de confianza, calcule el tamaño mínimo que debe tener una muestra para que el error cometido al estimar el precio medio del kilogramo de frambuesas sea menor a 1.5 euros.
Distribución NormalIntervalo de confianzaError de estimación
Datos iniciales

El precio de venta al público del kilogramo de frambuesas sigue una ley Normal con media μ\mu desconocida y varianza σ2=9\sigma^2 = 9.

σ=9=3 euros\sigma = \sqrt{9} = 3 \text{ euros}

Se toma una muestra aleatoria de n=10n = 10 comercios, con los siguientes precios (en euros):12.3, 10, 9.1, 11, 10.5, 11.8, 9.9, 11.5, 10.9, 13 Calculamos la media muestral xˉ\bar{x}:

xˉ=12.3+10+9.1+11+10.5+11.8+9.9+11.5+10.9+1310=11210=11.2 euros\bar{x} = \frac{12.3 + 10 + 9.1 + 11 + 10.5 + 11.8 + 9.9 + 11.5 + 10.9 + 13}{10} = \frac{112}{10} = 11.2 \text{ euros}
a) ¿Qué distribución siguen las medias de las muestras de tamaño 10?

Dado que la población original sigue una distribución Normal con media μ\mu y desviación típica σ=3\sigma = 3, la distribución de las medias muestrales (Xˉ\bar{X}) de tamaño n=10n=10 también seguirá una distribución Normal.La media de las medias muestrales será igual a la media poblacional, μXˉ=μ\mu_{\bar{X}} = \mu.La desviación típica de las medias muestrales (error estándar) será σXˉ=σn\sigma_{\bar{X}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}.

σXˉ=3100.9487\sigma_{\bar{X}} = \frac{3}{\sqrt{10}} \approx 0.9487

Por lo tanto, la distribución de las medias de las muestras de tamaño 10 es:

XˉN(μ,(310)2) o XˉN(μ,0.94872)\bar{X} \sim N\left(\mu, \left(\frac{3}{\sqrt{10}}\right)^2\right) \text{ o } \bar{X} \sim N\left(\mu, 0.9487^2\right)
b) Con los datos obtenidos de la muestra, determine un intervalo de confianza al 97 % para el precio medio del kilogramo de frambuesas.

Para un nivel de confianza del 97 %, calculamos el valor crítico zα/2z_{\alpha/2}.El nivel de confianza C=0.97C = 0.97, por lo tanto α=1C=10.97=0.03\alpha = 1 - C = 1 - 0.97 = 0.03.Buscamos zα/2z_{\alpha/2} tal que P(Zzα/2)=1α/2=10.03/2=10.015=0.985P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2 = 1 - 0.03/2 = 1 - 0.015 = 0.985.Consultando la tabla de la distribución Normal estándar o utilizando una calculadora, obtenemos z0.0152.17z_{0.015} \approx 2.17.El intervalo de confianza para la media poblacional μ\mu (con desviación típica poblacional σ\sigma conocida) es:

IC=xˉ±zα/2σnIC = \bar{x} \pm z_{\alpha/2} \frac{\sigma}{\sqrt{n}}

Sustituyendo los valores:

IC=11.2±2.17310IC = 11.2 \pm 2.17 \cdot \frac{3}{\sqrt{10}}
IC=11.2±2.170.9487IC = 11.2 \pm 2.17 \cdot 0.9487
IC=11.2±2.0587IC = 11.2 \pm 2.0587

Calculamos los límites del intervalo:

Lıˊmiteinferior=11.22.0587=9.1413Límite inferior = 11.2 - 2.0587 = 9.1413
Lıˊmitesuperior=11.2+2.0587=13.2587Límite superior = 11.2 + 2.0587 = 13.2587

El intervalo de confianza al 97 % para el precio medio del kilogramo de frambuesas es (9.14,13.26)\left(9.14, 13.26\right) euros.

c) Con el mismo nivel de confianza, calcule el tamaño mínimo que debe tener una muestra para que el error cometido al estimar el precio medio del kilogramo de frambuesas sea menor a 1.5 euros.

El error máximo permitido EE es 1.5 euros. La fórmula del error máximo es:

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

Despejamos nn de la ecuación:

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

Utilizamos el mismo valor crítico zα/2=2.17z_{\alpha/2} = 2.17 y σ=3\sigma = 3. El error EE debe ser menor a 1.5 euros, así que tomamos E=1.5E = 1.5 para calcular el tamaño mínimo.

n=(2.1731.5)2n = \left(\frac{2.17 \cdot 3}{1.5}\right)^2
n=(6.511.5)2n = \left(\frac{6.51}{1.5}\right)^2
n=(4.34)2n = \left(4.34\right)^2
n=18.8356n = 18.8356

Como el tamaño de la muestra debe ser un número entero y se necesita que el error sea menor a 1.5, debemos redondear al siguiente entero superior.El tamaño mínimo que debe tener una muestra es n=19n = 19.