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Distribuciones continuas con Excel, Winstats y GeoGebra



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    DISTRIBUCIONES CONTINUAS CON EXCEL, WINSTAS Y GEOGEBRA A)
    INTRODUCCIÓN Una distribución de probabilidad es
    continua cuando los resultados posibles del experimento son
    obtenidos de variables aleatorias continuas, es decir, de
    variables cuantitativas que pueden tomar cualquier valor, y que
    resultan principalmente del proceso de medición. Ejemplos
    de variables aleatorias continuas son: La estatura de un grupo de
    personas El tiempo dedicado a estudiar La temperatura en una
    ciudad B) DISTRIBUCIÓN EXPONENCIAL i) Definición La
    distribución de Poisson calcula el número de
    eventos sobre alguna área de oportunidad (intervalo de
    tiempo o espacio), la distribución exponencial mide el
    paso del tiempo entre tales eventos. Si el número de
    eventos tiene una distribución de Poisson, el lapso entre
    los eventos estará distribuido exponencialmente. ii)
    Fórmula La probabilidad de que el lapso de tiempo sea
    menor que o igual a cierta cantidad x es: ??(?? = ??) = 1 – ??
    -??·?? Donde: ?? =Lapso de tiempo ?? = Base del logaritmo
    natural aproximadamente igual a 2,718281828 ?? =Tasa promedio de
    ocurrencia Ejemplo ilustrativo Los buses interprovinciales llegan
    al terminal a una tasa promedio de 10 buses por hora. 1)
    ¿Cuál es la probabilidad de que llegue un bus en no
    más de 5 minutos? 2) ¿Cuál es la
    probabilidad de que llegue un bus en no más de 10 minutos?
    3) ¿Cuál es la probabilidad de que llegue un bus
    entre 5 minutos y 10 minutos? 4) ¿Cuál es la
    probabilidad de que llegue un bus en más de 5 minutos?
    Solución: ? = 10 por una hora 1) Como la tasa promedio
    está dada por hora, y el problema se plantea en minutos,
    se calcula el porcentaje que representa 5 minutos de una hora (60
    minutos), el cual es: 5 60 = 1 12 = 0,0833 Reemplazado valores de
    la fórmula se obtiene: ??(?? = ??) = 1 – ?? -??·??
    1 ??(?? = 5) = 1 – ?? -10·12 = 0,5654
    Interpretación: Existe un 56,54% de probabilidad de que el
    segundo bus llegue al terminal en 5 minutos o menos del primero
    si la tasa promedio de llegada es de 10 buses por hora.

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    Los cálculos en GeoGebra se muestran en la siguiente
    figura 2) El porcentaje que representa 10 minutos de una hora (60
    minutos) es: 10 ?????? 1 = = 0,1667 60 ?????? 6 Remplazado
    valores de la fórmula se obtiene: ??(?? = ??) = 1 – ??
    -??·?? 1 ??(?? = 10) = 1 – ?? -10·6 = 0,8111 En
    GeoGebra:

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    3) P(5=X=10) = P(X=10) – P(X=5) P(5=X=10) = 0,8111- 0,5654
    = 0,2457 4) P(X>5) = 1 – P(X=5) P(X>5) = 1 –
    0,5654 = 0,4346 En los cálculos en Excel se muestran en la
    siguiente figura:

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    C) DISTRIBUCIÓN UNIFORME i) Definición.- Es una
    distribución en el intervalo [??, ??] en la cual las
    probabilidades son las mismas para todos los posibles resultados,
    desde el mínimo de a hasta el máximo de b. El
    experimento de lanzar un dado es un ejemplo que cumple la
    distribución uniforme, ya que todos los 6 resultados
    posibles tienen 1/6 de probabilidad de ocurrencia. ii)
    Función de densidad de una distribución uniforme
    (altura de cada rectángulo en la gráfica anterior)
    es: f(X) = Altura = 1 b-a Donde: a = mínimo valor de la
    distribución b = máximo valor de la
    distribución b – a = Rango de la distribución
    iii) La media, valor medio esperado o esperanza matemática
    de una distribución uniforme se calcula empleando la
    siguiente fórmula: E(X) = µ = a+b 2 iv) La varianza
    de una distribución uniforme se calcula empleando la
    siguiente fórmula: s2 = (b – a)2 12 De donde la
    desviación estándar es s = vs2 v) La probabilidad
    de que una observación caiga entre dos valores se calcula
    de la siguiente manera: ??(??1 = ?? = ??2 ) = ??2 – ??1 ?? –
    ??

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    Ejemplo ilustrativo Sea X el momento elegido al azar en que un
    estudiante recibe clases en un determinado día entre las
    siguientes horas: 7:00 – 8:00 – 9:00 – 10:00 – 11:00 – 12:00 –
    13:00 1) ¿Cuál es la función de densidad de
    la variable X? 2) Elaborar un gráfico de la
    distribución de probabilidades 3) Calcular el valor medio
    esperado 4) Calcular la desviación estándar 5)
    Calcular la probabilidad de que llegue en la primera media hora
    6) Si recibe clases de Estadística Aplicada de 10:00 a
    12:15, calcular la probabilidad de recibir esta asignatura.
    Solución: 1) a = 7 y b = 13 Reemplazando valores en la
    ecuación de la función de densidad se obtiene: f(X)
    = Altura = f(X) = Altura = 1 b-a 1 1 = = 0,167 13 – 7 6 2)
    Elaborando el gráfico de la distribución de
    probabilidad empleando Excel se obtiene: Interpretación:
    Cada rectángulo tiene 1 de base y 1/6 = 0,167 de altura.
    El área de cada rectángulo es: 1 1 ??? = ????????
    · ???????????? = 1 · = 6 6 El área total
    (rectángulo de base el intervalo 7-13 y altura 1/6=0,167)
    representa a la suma de todas las probabilidades, y es igual a
    uno: 1 1 ??? = ???????? · ???????????? = (13 – 7) ·
    = 6 · = 1 6 6 3) Reemplazando valores en la fórmula
    del valor esperado se obtiene: E(X) = µ = a+b 2

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    2 30 60 15 60 ?? – ?? 7 + 13 E(X) = µ = = 10 2 4)
    Reemplazando valores en la fórmula de la varianza se
    obtiene: s = s2 = (b – a)2 12 (13 – 7)2 (6)2 36 = = 12 12 12 =3
    Por lo tanto la desviación estándar es: s = vs2 =
    v3 = 1,732 5) Llegar en la primera media hora significa que llega
    a la 7:30. Por lo tanto se debe calcular la probabilidad entre
    las 7:00 y las 7:30. Como 7:30 = 7 horas + 30 minutos, y el
    porcentaje que representa 30 minutos de una hora es: = 0,5 ? 7:
    30 = 7,5 h???????? Por lo tanto se debe calcular la probabilidad
    entre 7 y 7,5 Aplicando la fórmula de la probabilidad
    entre dos valores se obtiene: ??(??1 = ?? = ??2 ) = ??(7 = ?? =
    7,5) = ??2 – ??1 ?? – ?? 7,5 – 7 0,5 = 13 – 7 6 = 0,0833 En el
    siguiente gráfico se muestra la probabilidad calculada: 6)
    Se debe calcular la probabilidad entre las 10:00 y las 12:15 Como
    12:15 = 12horas + 15 minutos, y el porcentaje que representa 15
    minutos de una hora es: = 0,25 ? 12: 15 = 12,25 h???????? Por lo
    tanto de debe calcular la probabilidad entre 10 y 12,25 Aplicando
    la fórmula de la probabilidad entre dos valores se
    obtiene: ??2 – ??1 ??(??1 = ?? = ??2 ) = 12,25 – 10 2,25 ??(10 =
    ?? = 12,25) = = 13 – 7 6 = 0,375 En el siguiente gráfico
    se muestra la probabilidad calculada:

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    Los cálculos en Excel se muestran en la siguiente
    figura:

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    D) DISTRIBUCIÓN NORMAL i) Reseña histórica
    Abrahan De Moivre (1733) fue el primero en obtener la
    ecuación matemática de la curva normal. Kart
    Friedrich Gauss y Márquez De Laplece (principios del siglo
    diecinueve) desarrollaron más ampliamente los conceptos de
    la curva. La curva normal también es llamada curva de
    error, curva de campana, curva de Gauss, distribución
    gaussiana o curva de De Moivre. Su altura máxima se
    encuentra en la media aritmética, es decir su ordenada
    máxima corresponde a una abscisa igual a la media
    aritmética. La asimetría de la curva normal es nula
    y por su grado de apuntamiento o curtosis se clasifica en
    mesocúrtica. ii) Ecuación Su ecuación
    matemática de la función de densidad es: ?? = 1
    ??v2?? (??-??)2 – ?? 2??2 Donde: ?? = ????????????????ó??
    ??????á???????? ?? 2 = ???????????????? ?? = 3,141592654
    … . . ?????????????????? ??????????á???????? ?? =
    2,7182818 … … ??????????????????
    ??????????á???????? X = valor en el eje horizontal Y =
    altura de la curva para cualquier valor de x ?? = ??????????
    ??????????é???????? Cuando se expresa la variable x en
    unidades estándar (fórmula de
    estandarización) ?? = ?? – ?? ?? La ecuación
    anterior es reemplazada por la llamada forma canónica, la
    cual es ?? = 1 ??v2?? 1 2 ?? -2?? Para calcular Y en Excel se
    procede de la siguiente manera: a) Se ubica valores para X del -3
    hasta el 3. Se insertar la función DISTR.NORM.ESTAND.N. En
    la ventana de argumentos de función, en Z se seleccionada
    A2 que representa al -3, y en Acumulado es escribe FALSO. Clic en
    Aceptar. Se arrastra con el mouse para obtener los demás
    valores.

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    b) Para obtener la gráfica se inserta gráfico de
    dispersión. Nota: No existe una única
    distribución normal, sino una familia de distribuciones
    con una forma común, diferenciadas por los valores de su
    media y su varianza. De entre todas ellas, la más
    utilizada es la distribución normal estándar, que
    corresponde a una distribución con una media
    aritmética de 0 y una desviación típica de
    1. iii) Área bajo la curva El área total limitada
    por la curva y el eje “X” es 1, por lo tanto, el
    área bajo la curva entre X = a y X = b, con a < b,
    representa la probabilidad de que X esté entre a y b. Esta
    probabilidad se denota por: ??(?? < ?? < ??)

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    Esta probabilidad se ilustra en el siguiente gráfico
    elaborado con el programa Winstats. Para elaborar el
    gráfico se procede de la siguiente manera: a) Se abre el
    programa. Clic en Window- Probability

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    b) Clic en Normal c) Para cambiar el color del fondo, maximizar
    la ventana de la curva. Clic en Edit-Colors y luego en Window
    background. Seleccionar el color blanco para el fondo.

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    d) Para escribir, clic en Btns y luego en Text mode. Clic derecho
    en cualquier parte de la pantalla. Luego escribir en la venta
    edit text. Clic en ok e) Se obtiene el siguiente gráfico
    Ejemplo ilustrativo Averigüe el área bajo la curva de
    distribución normal entre Z = 0,8 y Z = 2,12
    Solución: Realizando el gráfico en Winstats y Paint
    se obtiene:

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    …. …. 1 2 El área a la izquierda de Z = 0,8
    con lectura en la tabla de la distribución normal es
    0,7881 El área a la izquierda de Z = 2,12 con lectura en
    la tabla de la distribución normal es 0,9830 TABLA Nº
    3 DISTRIBUCIÓN NORMAL Ejemplo: ??(?? = -1,96) = 0,0250 ??
    = ??-?? ?? Z 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,1 0,00
    0,7881 0,8159 0,8413 0,8643 0,8849 0,9032 0,9192 0,9332 0,9452
    0,9554 0,9641 0,9713 0,9772 0,9821 0,01 0,7910 0,8186 0,8438
    0,8665 0,8869 0,9049 0,9207 0,9345 0,9463 0,9564 0,9649 0,9719
    0,9778 0,9826 0,02 0,7939 0,8212 0,8461 0,8686 0,8888 0,9066
    0,9222 0,9357 0,9474 0,9573 0,9656 0,9726 0,9783 0,9830 0,03
    0,7967 0,8238 0,8485 0,8708 0,8907 0,9082 0,9236 0,9370 0,9484
    0,9582 0,9664 0,9732 0,9788 0,9834 0,04 0,7995 0,8264 0,8508
    0,8729 0,8925 0,9099 0,9251 0,9382 0,9495 0,9591 0,9671 0,9738
    0,9793 0,9838 0,05 0,8023 0,8289 0,8531 0,8749 0,8944 0,9115
    0,9265 0,9394 0,9505 0,9599 0,9678 0,9744 0,9798 0,9842 0,06
    0,8051 0,8315 0,8554 0,8770 0,8962 0,9131 0,9279 0,9406 0,9515
    0,9608 0,9686 0,9750 0,9803 0,9846 0,07 0,8078 0,8340 0,8577
    0,8790 0,8980 0,9147 0,9292 0,9418 0,9525 0,9616 0,9693 0,9756
    0,9808 0,9850 0,08 0,8106 0,8365 0,8599 0,8810 0,8997 0,9162
    0,9306 0,9429 0,9535 0,9625 0,9699 0,9761 0,9812 0,9854 0,09
    0,8133 0,8389 0,8621 0,8830 0,9015 0,9177 0,9319 0,9441 0,9545
    0,9633 0,9706 0,9767 0,9817 0,9857 El área Z = 0,8 y Z =
    2,12 es 0,9830 – 0,7881 = 0,1949

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    Los cálculos en GeoGebra se presentan en la siguiente
    figura: Los cálculos en Excel se muestran en la siguiente
    figura:

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