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Distribuciones de probabilidad para variables aleatorias continuas

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Unidad III<strong>Distribuciones</strong><strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong><strong>para</strong> <strong>variables</strong><strong>aleatorias</strong> <strong>continuas</strong>


Estadística inferencialEsquema conceptual: Unidad IIICaracterización <strong>de</strong> la distribuciónnormal <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>Caracterización <strong>de</strong>l área bajo la curva<strong>de</strong> una distribución normalNormalización y cálculo <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>DefiniciónÁrea bajo la curva2. Distribución normal<strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>1. Variables <strong>aleatorias</strong><strong>continuas</strong>Caracterización<strong>de</strong> la distribuciónnormal <strong>de</strong> probabilida<strong>de</strong>sbinomiales74UNIDAD III<strong>Distribuciones</strong> <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong><strong>para</strong> <strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong>3. Aproximación normal <strong>de</strong>probabilida<strong>de</strong>s binomiales6. Aplicaciones<strong>de</strong> cómputoAplicaciones <strong>de</strong> la hoja <strong>de</strong> cálculo<strong>para</strong> calcular probabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>distribución normalEjemplo4. Aproximación normal <strong>de</strong>probabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> PoissonCaracterización<strong>de</strong> la aproximaciónnormal <strong>de</strong> probabilida<strong>de</strong>s<strong>de</strong> Poisson5. Distribución exponencial<strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>DefiniciónCálculo <strong>de</strong> probabilida<strong>de</strong>scon la distribución exponencial


U n i da d i i i . D i st r i buciones <strong>de</strong> probabilida d pa r a va r i a bles ale ato r i a sSemana 6PresentaciónLas <strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong> discretas son aquellas que toman estrictamente valoresenteros, por lo que generalmente se aplican en procesos probabilísticos <strong>de</strong>conteo. Por su parte, las <strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong> <strong>continuas</strong> no se restringen a valoresenteros, sino que pue<strong>de</strong>n asumir, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> éstos, valores <strong>de</strong>cimales comprendidosentre valores enteros, es <strong>de</strong>cir, pue<strong>de</strong>n tomar cualquier valor <strong>de</strong> maneracontinua que se encuentre entre valores discretos. En términos matemáticos, losvalores discretos se <strong>de</strong>nominan numerables, mientras que a los valores continuosse les conoce como no numerables. En esta sesión se estudiarán distribuciones <strong>de</strong><strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong> <strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong> <strong>continuas</strong>, específicamente la distribuciónnormal, así como su aproximación a la distribución binomial.Objetivos específicos• El alumno enlistará las características <strong>de</strong> la distribución normal, <strong>de</strong>finirá y calcularálos valores <strong>de</strong> z.75Tema y subtemasIII I. <strong>Distribuciones</strong> <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong><strong>para</strong> <strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong> <strong>continuas</strong>III.1 Variables <strong>aleatorias</strong> <strong>continuas</strong>III.2 Distribución normal <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>III.3 Aproximación normal <strong>de</strong> probabilida<strong>de</strong>s binomiales


E sta d í st i ca inferenci a lIIII.1 Variables <strong>aleatorias</strong> <strong>continuas</strong>Definición <strong>de</strong> variable aleatoria continuaCaracterización <strong>de</strong> las<strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong><strong>continuas</strong>Sea ε un experimento y Ώ su respectivo espacio muestral asociado. A la función(o relación) X, que asigna un número real X(ω) a cada elemento ω (letra griegaomega, en minúscula) que pertenece a Ώ, se le <strong>de</strong>nomina variable aleatoria <strong>continuas</strong>i X(ω) pue<strong>de</strong> tomar valores continuos, es <strong>de</strong>cir, valores <strong>de</strong>cimales que seencuentran entre valores discretos o enteros a, b. En este sentido, el conjunto{ a ≤ X ≤ b}es un suceso o evento <strong>de</strong> Ώ. Si la distribución <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong> lavariable aleatoria se rige por una función f, 1 entonces la <strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong> quela variable aleatoria X tome un valor entre los números a y b se <strong>de</strong>nota comoP( a ≤ X ≤ b)y equivale al área bajo la curva <strong>de</strong> f entre x = a y x = b.76abÁrea que pue<strong>de</strong> obtenerse mediante el cálculo <strong>de</strong> la siguiente integral:P( a ≤ X ≤ b) = ∫ f ( x)dxabEste concepto se explicará más a<strong>de</strong>lante en esta misma sesión, sin embargo,cabe aclarar que no es necesario tener conocimientos <strong>de</strong> cálculo integral <strong>para</strong> sumanejo pues existen tablas que permiten realizar cálculos <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong> sintener que <strong>de</strong>sarrollar una integral.Al igual que las <strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong> discretas, las <strong>continuas</strong> cumplen con doscaracterísticas fundamentales:Caracterización <strong>de</strong> las<strong>variables</strong> <strong>continuas</strong>• f( x) ≥ 0 . La <strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong> ocurrencia <strong>de</strong> un evento en particular esmayor o igual que cero.∫• f( x)dx=1 La suma <strong>de</strong> las probabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> ocurrencia <strong>de</strong> todos losposibles eventos <strong>de</strong>l espacio muestral es igual a la unidado al cien por ciento.1 A esta función se le <strong>de</strong>nomina función <strong>de</strong> distribución <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>.


U n i da d i i i . D i st r i buciones <strong>de</strong> probabilida d pa r a va r i a bles ale ato r i a sIII.2 Distribución normal<strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>Al estudiar alguna característica particular <strong>de</strong> diversos fenómenos naturales ysociales, se dice que asumen un comportamiento normal aquellos que concentranla mayoría <strong>de</strong> las observaciones cercanas a un valor promedio y la minoríaen valores extremos (muy por abajo o muy por arriba <strong>de</strong> un valor promedio).Por ejemplo:Caracterización <strong>de</strong> ladistribución normal <strong>de</strong><strong>probabilidad</strong>• Al medir la estatura <strong>de</strong> un grupo <strong>de</strong> personas <strong>de</strong> la misma edad, la mayoría<strong>de</strong> ellas tiene una estatura muy cercana a un cierto valor promedio,mientras que pocas están muy por <strong>de</strong>bajo o muy por encima <strong>de</strong>l valorpromedio.• Al pesar a un grupo <strong>de</strong> personas <strong>de</strong> la misma edad, la mayoría <strong>de</strong> ellastienen un peso muy cercano a un cierto valor promedio, mientras quepocas están muy por <strong>de</strong>bajo o muy por encima <strong>de</strong>l valor promedio.• Si se mi<strong>de</strong> el coeficiente intelectual <strong>de</strong> un grupo <strong>de</strong> personas <strong>de</strong> la mismaedad, la mayoría <strong>de</strong> ellas tienen un coeficiente muy cercano a un ciertovalor promedio, mientras que pocas están muy por <strong>de</strong>bajo o muy porencima <strong>de</strong>l valor promedio.77La distribución normal tiene una representación gráfica en forma <strong>de</strong> campana,frecuentemente <strong>de</strong>nominada campana <strong>de</strong> Gauss en honor al célebre matemáticoalemán Karl F. Gauss, quien realizó importantes aportaciones al estudio<strong>de</strong> la distribución normal. Esta representación gráfica se caracteriza por ser unacurva simétrica respecto al eje y.yRepresentación gráfica<strong>de</strong> la distribuciónnormalxEn la gráfica se observa que los valores <strong>de</strong> una distribución normal tien<strong>de</strong>n aacumularse en el centro y a disminuir en los extremos. Se dice que esta distribuciónes normal porque se presenta en muchos fenómenos sociales y naturales, ypone énfasis en lo que se consi<strong>de</strong>ra un comportamiento normal <strong>de</strong> los datos.


E sta d í st i ca inferenci a lLa función <strong>de</strong> distribución <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong> normal está dada por:y =1e2πσ21 x−−⎡ µ ⎤2 ⎣⎢ 2 ⎦⎥Definición <strong>de</strong> distribución normalConcepto<strong>de</strong> distribución normalSea X una variable aleatoria. La expresión:X N( µ , σ)Significa que X se distribuye como una normal, con parámetros μ (letra griegamu, en minúscula) y σ (letra griega sigma, en minúscula), don<strong>de</strong>:• X = Variable aleatoria• μ = Media poblacional• σ = Desviación estándar poblacional78Una vez que se sabe que un fenómeno tiene una distribución normal y se conocela media y la <strong>de</strong>sviación estándar poblacionales, pue<strong>de</strong> entonces calcularsela <strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong> ocurrencia <strong>de</strong> ciertos eventos; por ejemplo, la <strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong>que al seleccionar a una persona <strong>de</strong> un grupo <strong>de</strong> individuos <strong>de</strong> la misma edad:• Su estatura sea menor que un valor dado.• Su estatura sea mayor que un valor dado.• Su estatura se encuentre entre dos valores <strong>de</strong>terminados.Área bajo la curva <strong>de</strong> una distribución normalCaracterísticas <strong>de</strong>l áreabajo la curva <strong>de</strong> unadistribución normalComo ya se mencionó, el cálculo <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong> ocurrencia <strong>de</strong> eventos asociadosa una variable aleatoria con distribución normal equivale a calcular el áreabajo la curva normal <strong>de</strong>limitada por ciertos valores. Por ejemplo, la Secretaría <strong>de</strong>la Defensa Nacional lleva un registro <strong>de</strong> todos los jóvenes que prestan su serviciomilitar. Consi<strong>de</strong>rando que sus eda<strong>de</strong>s son muy similares, pue<strong>de</strong> resultar <strong>de</strong> interésque al seleccionar a uno <strong>de</strong> ellos:• Su estatura sea menor que un valor x 1, lo que se <strong>de</strong>nota como P( X ≤ x 1)• Su estatura sea mayor que un valor x 2, lo que se <strong>de</strong>nota como P( X ≥ x 2)• Su estatura se encuentre entre los valores x 1y x 2, lo que se <strong>de</strong>nota comoP( x ≤ X ≤ x )1 2Esto significaría calcular el área bajo la curva mediante las siguientesintegrales:


U n i da d i i i . D i st r i buciones <strong>de</strong> probabilida d pa r a va r i a bles ale ato r i a sx11• P( X ≤ x1)= ∫ e−∞ 2πσ∞ 1• P( X ≥ x2)= ∫ ex2 2πσx21• P( x1X ≤ x2)= ∫ ex12πσ21 x−−⎡ µ ⎤2 ⎣⎢ 2 ⎦⎥21 x−−⎡ µ ⎤2 ⎣⎢ 2 ⎦⎥21 x−⎡ −µ⎤2 ⎣⎢ 2 ⎦⎥Por la complejidad <strong>de</strong> estos cálculos, se ha optado por <strong>de</strong>sarrollar tablas <strong>de</strong>distribución normal <strong>de</strong> las cuales podrían tomarse directamente los valores <strong>de</strong>estas integrales, evitando así su cálculo mediante técnicas matemáticas.Normalización y cálculo <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>Para calcular probabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> ocurrencia <strong>de</strong> eventos asociados a una distribuciónnormal es importante consi<strong>de</strong>rar dos propieda<strong>de</strong>s fundamentales:• El área total bajo la curva normal es igual a uno (es <strong>de</strong>cir, al 100 por ciento<strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>).• La curva es simétrica respecto a la media , por lo que el área <strong>de</strong> cadamitad correspon<strong>de</strong> al cincuenta por ciento.79yxyx


E sta d í st i ca inferenci a lCálculo <strong>de</strong>probabilida<strong>de</strong>s con unadistribución normalPara realizar el cálculo <strong>de</strong> probabilida<strong>de</strong>s con una distribución normal esnecesario trasladar los datos originales <strong>de</strong>l fenómeno objeto <strong>de</strong> estudio (variablealeatoria X, por ejemplo, estatura, peso, coeficiente intelectual, etc.) a una escalacomún o estándar. Una variable aleatoria estandarizada se <strong>de</strong>nota con la literal z yse obtiene mediante la siguiente operación <strong>de</strong> estandarización o normalización:xz = − µσDon<strong>de</strong>:• z = Variable aleatoria estandarizada• x = Valor <strong>de</strong> la variable aleatoria a estandarizar• μ = Media poblacional• σ = Desviación estándar poblacionalEl valor <strong>de</strong> z obtenido en el paso anterior se distribuye como una normalcon media μ = 0 y σ = 1, es <strong>de</strong>cir, X N( 0, 1 ) , con lo que ya es posible utilizarlas tablas <strong>de</strong> distribución normal <strong>para</strong> calcular la <strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong> ocurrencia <strong>de</strong>eventos que pue<strong>de</strong>n manifestarse <strong>de</strong> la siguiente forma:800 z0 z0 z 0 z1 z2que correspon<strong>de</strong>n a las siguientes expresiones:• P( 0 ≤ a ≤ z). Probabilidad <strong>de</strong> que un valor a se encuentre entre 0 y z.• P( z ≤ a) = 0. 5− P( 0 ≤ a ≤ z). Probabilidad <strong>de</strong> que un valor a sea mayoro igual que el valor z.• P( a ≤ z) = 0. 5+ P( 0 ≤ a ≤ z). Probabilidad <strong>de</strong> que un valor a sea menoro igual que el valor z.


0U n i da d i i i . D i st r i buciones <strong>de</strong> probabilida d pa r a va r i a bles ale ato r i a s• P( z1 ≤ a ≤ z2) = P( 0 ≤ a ≤ z2) − P( 0 ≤ a ≤ z1). Probabilidad <strong>de</strong> que unvalor a sea menor o igual que el valor z.Don<strong>de</strong> a, z, z 1y z 2son <strong>variables</strong> estandarizadas. Asimismo, por simetría, setienen las siguientes equivalencias:0 z -z00 z-z810 z -z00 z1 z2 -z2 -z10que correspon<strong>de</strong>n a las siguientes expresiones:• P( 0 ≤ a ≤ z) = P( −z ≤ a ≤ 0)• P( z ≤ a) = P( a ≤ − z)• P( a ≤ z) = P( −z ≤ a)• P( z ≤ a ≤ z ) = P( −z ≤ a ≤ − z )1 2 2 1Don<strong>de</strong> a, z, z 1y z 2son <strong>variables</strong> estandarizadas.


E sta d í st i ca inferenci a lEjemplosEjemplos <strong>de</strong> cálculo<strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong> con ladistribución normalEl coeficiente intelectual (iq) es un valor obtenido a partir <strong>de</strong> una prueba quemi<strong>de</strong> las habilida<strong>de</strong>s cognitivas o inteligencia <strong>de</strong> una persona en relación a sugrupo <strong>de</strong> edad, el cual se expresa en una escala estándar <strong>para</strong> que el valor promedio<strong>de</strong> un grupo sea igual a 100. Esto significa que una persona con un iq <strong>de</strong> 115puntos está por encima <strong>de</strong>l promedio <strong>de</strong> las personas <strong>de</strong> su edad, mientras queotra con un iq <strong>de</strong> 65 está por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong>l promedio. Dado que el iq se distribuyecomo una normal, pue<strong>de</strong>n calcularse algunas probabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> interés.Supóngase que X es una variable aleatoria asociada al iq <strong>de</strong> alumnos <strong>de</strong> unauniversidad. Si X se distribuye como una normal con media μ = 100 y <strong>de</strong>sviaciónestándar σ = 16, es <strong>de</strong>cir, X N( 100, 16 ), calcular mediante tablas <strong>de</strong> distribuciónnormal las siguientes probabilida<strong>de</strong>s:1. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea mayor a 80 puntos, es <strong>de</strong>cir,P( 80 ≤ x).2. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea mayor a 105 puntos, es <strong>de</strong>cir,P( 105 ≤ x).823. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea menor que 80 puntos, es<strong>de</strong>cir, P( x ≤ 80 ) .4. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea menor que 105 puntos, es<strong>de</strong>cir, P( x ≤105 ) .5. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno se encuentre entre 105 y 110puntos, es <strong>de</strong>cir, P( 105 ≤ x ≤ 110).6. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno se encuentre entre 70 y 80 puntos,es <strong>de</strong>cir, P( 70 ≤ x ≤ 80).SolucionesSoluciones al ejemplo<strong>de</strong> cálculo <strong>probabilidad</strong>con la distribuciónnormal1. De acuerdo a los datos <strong>de</strong>l problema, se tiene que µ =100 , σ =16 yx = 80 . Entonces se proce<strong>de</strong> a normalizar el valor <strong>de</strong> x:xz = − µσ80 −100z =16z = −1.25


U n i da d i i i . D i st r i buciones <strong>de</strong> probabilida d pa r a va r i a bles ale ato r i a sEste valor transforma la expresión P( 80 ≤ x)a su equivalente normalizadaP( z ≤ a), en don<strong>de</strong> z = −1. 25 . Esto significa que se <strong>de</strong>be calcularP( −1. 25 ≤ a). Entonces:P( −1. 25 ≤ a) = 0. 5 + P( 0 ≤ a ≤ 1. 25)Consultando la tabla <strong>de</strong> distribución normal, se tiene que:P( 0 ≤ a ≤ 1. 25) = 0.3944por lo que P( −1. 25 ≤ a) = 0. 5+ P( 0 ≤ a ≤ 1. 25) = 0. 5+0.3944= 0.8944 que equivale a 89.44% <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>.2. Normalizando los datos tenemos que:xz = − µσ105−100z =16=0.312583que pue<strong>de</strong> redon<strong>de</strong>arse a 0.31.Este valor transforma la expresión P( 105 ≤ x)a su equivalentenormalizada: P( z ≤ a), don<strong>de</strong> z = 0. 31 , es <strong>de</strong>cir, se <strong>de</strong>be calcularP( 0. 31 ≤ a). Entonces, P( 0. 31≤ a) = 0. 5− P( 0 ≤ a ≤ 0. 31).Utilizando las tablas <strong>de</strong> distribución normal se obtiene queP( 0 ≤ a ≤ 0. 31) = 0.1217 , por lo que P( 0. 31≤ a) = 0. 5− 0. 1217 = 0.3783que equivale a 37.83% <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>.3. Normalizando datos se tiene que:xz = − µσ80 −100z =16z = −1.25Este valor se transforma en la expresión P( x ≤ 80 ) a su equivalente normalizadaP( a ≤ z), don<strong>de</strong> z = −1. 25 , es <strong>de</strong>cir, se proce<strong>de</strong> a calcular P( a ≤ −1. 25 ) .


E sta d í st i ca inferenci a lEn consecuencia, P( a ≤ − 1. 25) = 0. 5− P( 0 ≤ a ≤1. 25 ) . A través <strong>de</strong> las tablas<strong>de</strong> distribución normal se obtiene que P( a ≤ 1. 25) = 0. 5− 0. 3944 = 0.1056 , entoncesP( a ≤ − 1. 25) = 0. 5− P( 0 ≤ a ≤1. 25 ) que equivale a 10.56% <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>.4. Al normalizar los datos obtenemos que:xz = − µσ105−100z =16z = 0.312584que pue<strong>de</strong> redon<strong>de</strong>arse a 0.31. Este valor permite transformar la expresiónP( x ≤105 ) a su equivalente normalizada P( a ≤ z), don<strong>de</strong>Z = 0. 3125 . Esto significa que se <strong>de</strong>be calcular P( a ≤ 0. 31 ) . Consecuentemente,P( a ≤ 0. 31) = 0. 5+ P( 0 ≤ a ≤ 0. 31 ) . Utilizando las tablas<strong>de</strong> distribución normal, se tiene que P( 0 ≤ a ≤ 0. 31) = 0.1217 , por loque P( a ≤ 0. 31) = 0. 5+ 0. 1217 = 0.6217 que equivale a 62.17% <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>.5. Al normalizar los datos obtenemos:zzz111x= − µσ105−100=16= 0.3125que pue<strong>de</strong> redon<strong>de</strong>arse a 0.31. De igual manera, tenemos que:zzz222x= − µσ110 −100=16= 0.625


U n i da d i i i . D i st r i buciones <strong>de</strong> probabilida d pa r a va r i a bles ale ato r i a sque pue<strong>de</strong> redon<strong>de</strong>arse a z = 0.63. Ambos valores transforman la expresiónP( 105 ≤ x ≤ 110)a su equivalente normalizada P( z1 ≤ a ≤ z2),don<strong>de</strong> z 1= 0. 31 y z 2= 0. 63 . Lo que significa que se <strong>de</strong>be calcularP( 0. 31 ≤ a ≤ 0. 63).Entonces tenemos P( 0. 31 ≤ a ≤ 0. 63) = P( 0 ≤ a ≤ z2) − P( 0 ≤ a ≤ z1).Empleando las tablas <strong>de</strong> distribución normal, se tiene queP( 0 ≤ a ≤ 0. 31) = 0.1217 y P( 0 ≤ a ≤ 0. 63) = 0.2357 , por lo queP( 0. 31 ≤ a ≤ 0. 63) = 0. 2357 − 0. 1217 = 0.114 , que equivale a 11.4% <strong>de</strong><strong>probabilidad</strong>.6. Normalizando los datos se tiene que:zzz111x= − µσ80 −100=16= −1.25Y <strong>de</strong> igual manera:85zzz222x= − µσ70 −100=16= −1.875que pue<strong>de</strong> redon<strong>de</strong>arse a z 2= − 1. 88 . Ambos valores transforman la expresióna su equivalente normalizada P( z2 ≤ a ≤ z1)don<strong>de</strong> z 1= − 1. 25 yz 2= − 1. 88 . Esto significa que se <strong>de</strong>be calcular P( −1. 88 ≤ a ≤ −1. 25 ) .Entonces, P( 0 ≤ a ≤ −z2) − P( 0 ≤ a ≤ − z1), es <strong>de</strong>cir,P( 0 ≤ a ≤1. 88) − P( 0 ≤ a ≤ 1. 25). Mediante el uso <strong>de</strong> tablas <strong>de</strong> distribuciónnormal tenemos se obtienen respectivamente los valores 0.4699 y0.3944, por lo que P( −1. 88 ≤ a ≤ − 1. 25) = 0. 4699 − 0. 3944 = 0.0755 , queequivale a 7.55% <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>.


E sta d í st i ca inferenci a lIII.3 Aproximación normal<strong>de</strong> probabilida<strong>de</strong>s binomialesCaracterización <strong>de</strong> laaproximación normal<strong>de</strong> probabilida<strong>de</strong>sbinomialesCómo calcularprobabilida<strong>de</strong>saproximando ladistribución normal abinomialLa distribución binomial P( X = k) = b( k; n, p)pue<strong>de</strong> acercarse notablementea la distribución normal cuando n es gran<strong>de</strong> y ni p ni q tienen valores cercanos acero, don<strong>de</strong>:• n = Número <strong>de</strong> ensayos o repeticiones <strong>de</strong>l experimento• k = Número <strong>de</strong> éxitos• p = Probabilidad <strong>de</strong> éxito• q = Probabilidad <strong>de</strong> fracasoPara calcular probabilida<strong>de</strong>s aproximando la distribución normal a la binomialse tiene que:• µ = np• σ =npq86Por ejemplo, si se lanza una moneda 14 veces, calcular la <strong>probabilidad</strong> P <strong>de</strong>que el número <strong>de</strong> águilas que aparezcan se encuentre entre tres y seis. De los datos<strong>de</strong>l ejemplo tenemos que:n = 14 , 1 1p = q =2, 2, por lo que: µ = 14 ⋅ 1 = 7 σ = 14⋅ 1 1y ⋅ = 3. 5 = 1.8722 2Si X representa el número <strong>de</strong> águilas, se <strong>de</strong>be calcular P( 3 ≤ X ≤ 6). Dadoque la distribución normal se <strong>de</strong>fine sobre <strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong> <strong>continuas</strong>, <strong>de</strong>bemosexpresar los valores discretos, esto es, enteros, en una forma continua o <strong>de</strong>cimal,con lo que la expresión discreta P( 3 ≤ X ≤ 6)pue<strong>de</strong> transformarse en laexpresión continua P( 2. 5 ≤ X ≤ 6. 5). Entonces, se proce<strong>de</strong> a estandarizar los valores2.5 y 6.5:2.5− 7z 1= = -2.4064 , que pue<strong>de</strong> redon<strong>de</strong>arse a –2.41 y1.877.5− 7z 2= = 0.2674 , que pue<strong>de</strong> redon<strong>de</strong>arse a 0.27.1.87En consecuencia, P( 2. 5 ≤ x ≤ 6. 5)se transforma en su equivalente normalizadaP( −2. 41≤ a ≤ 0. 27)= 0.4920+0.1064 = 0.5984 ó 59.84% .


U n i da d i i i . D i st r i buciones <strong>de</strong> probabilida d pa r a va r i a bles ale ato r i a sReactivos <strong>de</strong> autoevaluaciónSelecciona la respuesta correcta.Supóngase que X es una variable aleatoria asociada al iq <strong>de</strong> alumnos <strong>de</strong> una universidad. Si X se distribuyecomo una normal con media µ =100 y <strong>de</strong>sviación estándar σ =10 , es <strong>de</strong>cir, X N( 100, 10 ), calcula mediantetablas <strong>de</strong> distribución normal las siguientes probabilida<strong>de</strong>s:1. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea mayora 80 puntos, es <strong>de</strong>cir, P( 80 ≤ x).a) 0.9227b) 0.9297c) 0.97722. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea mayora 105 puntos, es <strong>de</strong>cir, P( 105 ≤ x).a) 0.3085b) 0.3805c) 0.35083. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea menora 80 puntos, es <strong>de</strong>cir, P( x ≤ 80 ) .a) 0.0228b) 0.0822c) 0.02824. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea menora 105 puntos, es <strong>de</strong>cir, P( x ≤105 ) .a) 0.6195b) 0.6519c) 0.69155. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno seencuentre entre 105 y 110 puntos, es <strong>de</strong>cir,P( 105 ≤ x ≤ 110).a) 0.1489b) 0.1498c) 0.14846. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno seencuentre entre 70 y 80 puntos, es <strong>de</strong>cir,P( 70 ≤ x ≤ 80).a) 0.0215b) 0.0512c) 0.01257. Si se lanza una moneda 14 veces, calcula la <strong>probabilidad</strong>P <strong>de</strong> que el número <strong>de</strong> águilas que aparezcanse encuentre entre dos y cinco.a) 0.1203b) 0.2103c) 0.012387


E sta d í st i ca inferenci a lGlosario88Área bajo la curva: Se refiere al área comprendida entre la gráfica <strong>de</strong> una funciónf y el eje <strong>de</strong> la variable in<strong>de</strong>pendiente x o eje horizontal. Se asocia ala <strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong> ocurrencia <strong>de</strong> un evento cuya variable aleatoria X tieneuna función <strong>de</strong> distribución <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong> f. Se calcula mediante la integral∫ f ( x ) dx .Estandarizar: Dentro <strong>de</strong>l contexto <strong>de</strong> la estadística, significa trasladar los valoresoriginales <strong>de</strong> un problema relacionado a distribución normal a unaescala estándar X N( 0, 1 ) , con lo que es posible hacer cálculos <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong>mediante tablas y evitar así el cálculo <strong>de</strong> integrales.Integral: En cálculo diferencial e integral, es la operación inversa a la <strong>de</strong>rivada.Dentro <strong>de</strong>l contexto <strong>de</strong> la <strong>probabilidad</strong> y la estadística, permite obtenerdiversos valores <strong>de</strong> interés como es el cálculo <strong>de</strong> la <strong>probabilidad</strong> <strong>de</strong> ocurrencia<strong>de</strong> eventos asociados a <strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong> <strong>continuas</strong> con una función<strong>de</strong> distribución <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong> f.No numerable: En matemáticas, se dice que un conjunto es no numerable si suselementos no son enteros y no se pue<strong>de</strong>n contar <strong>de</strong> uno en uno. Por ejemplo,el conjunto <strong>de</strong> todos los números que se encuentran entre uno y ceroes no numerable, dado que entre ambos valores existe un número infinito<strong>de</strong> valores <strong>de</strong>cimales que no pue<strong>de</strong>n contarse uno a uno.Numerable: En matemáticas, se dice que un conjunto es numerable si sus elementosson enteros y se pue<strong>de</strong>n contar <strong>de</strong> uno en uno. Por ejemplo, el conjunto<strong>de</strong> todos los números enteros que se encuentran entre uno y cien es numerable,dado que sus elementos pue<strong>de</strong>n contarse uno a uno {1, 2, 3… 100}.Tablas <strong>de</strong> distribución normal: Tablas que contienen las probabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>ocurrencia <strong>de</strong> eventos asociados a <strong>variables</strong> <strong>aleatorias</strong> con distribuciónnormal. El uso <strong>de</strong> las tablas evita el cálculo <strong>de</strong> integrales <strong>para</strong> obtener lasprobabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> ocurrencia <strong>de</strong> eventos con distribución normal, facilitandonotablemente el proceso.Fuentes <strong>de</strong> informaciónGarcía, M. (2005). Introducción a la teoría <strong>de</strong> la <strong>probabilidad</strong>. México: Fondo <strong>de</strong>Cultura Económica.Hernán<strong>de</strong>z, A. y O. Hernán<strong>de</strong>z (2003). Elementos <strong>de</strong> <strong>probabilidad</strong> y estadística.México: Sociedad Matemática Mexicana.Meyer, P. (1986). Probabilidad y aplicaciones estadísticas. E.U.: Addison-WesleyIberoamericana.Ulloa, V. y V. Quijada (2006). Estadística aplicada a la comunicación. México:unam.—— (2007). Estadística básica con Excel. México: unam.Lipschutz, S. (1988). Probabilidad. México: McGraw-Hill.


U n i da d i i i . D i st r i buciones <strong>de</strong> probabilida d pa r a va r i a bles ale ato r i a sPanel <strong>de</strong> verificaciónSelecciona la respuesta correcta.Supóngase que X es una variable aleatoria asociada al iq <strong>de</strong> alumnos <strong>de</strong> una universidad. Si X se distribuyecomo una normal con media µ =100 y <strong>de</strong>sviación estándar σ =10 , es <strong>de</strong>cir, X N( 100, 10 ), calcula mediantetablas <strong>de</strong> distribución normal las siguientes probabilida<strong>de</strong>s:1. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea mayora 80 puntos, es <strong>de</strong>cir, P( 80 ≤ x).a) 0.9227b) 0.9297c) 0.97722. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea mayora 105 puntos, es <strong>de</strong>cir, P( 105 ≤ x).a) 0.3085b) 0.3805c) 0.35083. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea menora 80 puntos, es <strong>de</strong>cir, P( x ≤ 80 ) .a) 0.0228b) 0.0822c) 0.02824. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno sea menora 105 puntos, es <strong>de</strong>cir, P( x ≤105 ) .a) 0.6195b) 0.6519c) 0.69155. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno seencuentre entre 105 y 110 puntos, es <strong>de</strong>cir,P( 105 ≤ x ≤ 110).a) 0.1489b) 0.1498c) 0.14846. Probabilidad <strong>de</strong> que el iq <strong>de</strong> un alumno seencuentre entre 70 y 80 puntos, es <strong>de</strong>cir,P( 70 ≤ x ≤ 80).a) 0.0215b) 0.0512c) 0.01257. Si se lanza una moneda 14 veces, calcula la <strong>probabilidad</strong>P <strong>de</strong> que el número <strong>de</strong> águilas que aparezcanse encuentre entre dos y cinco.a) 0.1203b) 0.2103c) 0.012389

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