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ESTADÍSTICA APLICADA PARA LOS NEGOCIOS Semana 09 sesión 01 TEMA : MUESTREO Y TIPOS DE MUESTREO PRESENTACIÓN DEL CURSO Cuando se estudian las características de una población, existen diversas razones prácticas para preferir algunas partes o muestras de ella para observar y medir. He aquí algunas razones para muestrear: 1. Establecer contacto con toda la población requeriría mucho tiempo. 2. El costo de estudiar todos los elementos de una población resultaría prohibitivo. 3. Es imposible verificar de manera física todos los elementos de la población. 4. Algunas pruebas son de naturaleza destructiva. 5. Los resultados de la muestra son adecuados. UTILIDAD: RAZONES PARA MUESTREAR LOGRO DE SESIÓN Al finalizar la sesión de aprendizaje el estudiante conocerá e identificará los conceptos básicos relacionados a la población y a la muestra. La inferencia estadística es la parte de la estadística que comprende los métodos y procedimientos para deducir propiedades de una población a partir del estudio de una parte de ésta (muestra). Muestreo y tipos de muestreo ¿QUÉ ES LA INFERENCIA ESTADÍSTICA? Conjunto de elementos que contienen una o más características observables que se pueden medir en ellos. La población puede ser finita o infinita, dependiendo del número de elementos que presente. La población debe definirse en base a su elemento, extensión y tiempo. POBLACIÓN Muestreo y tipos de muestreo El parámetro es el valor numérico que resume todos los datos de una población. Entre otros, los parámetros son: PARÁMETRO Muestreo y tipos de muestreo Es un subconjunto de elementos seleccionados de una población, lo ideal es que sea un subconjunto representativo y adecuado de toda la población, es decir que refleje las características esenciales de la misma y se puedan realizar generalizaciones. MUESTRA Muestreo y tipos de muestreo Para poder estudiar correctamente una población mediante la inferencia estadística es fundamental que la muestra esté bien escogida. Una forma de conseguir esto es haciendo que todos los elementos de la población tengan la misma probabilidad de ser elegidos para la muestra. A este proceso de obtener muestras representativas se le denomina muestreo aleatorio. MUESTREO ALEATORIO Muestreo y tipos de muestreo Es aquella en la que los elementos de la muestra se escogen del total de la población en forma individual con la misma oportunidad de ser incluida en la muestra. Por lo general se utiliza una tabla de números aleatorios o un programa de cómputo generador de números aleatorios para identificar a los elementos numerados de la población que se eligen para la muestra. MUESTREO AL AZAR SIMPLE Muestreo y tipos de muestreo Se desea seleccionar una muestra al azar simple de 5 alumnos de 30 alumnos que están en clase. Primero se identifica a los alumnos con los números 1 al 30. Estos números se colocan en una urna y de esta manera se escogen 5 al azar. EXPLICATIVO 1 Muestreo y tipos de muestreo Es aquella en que sus elementos se eligen de la población a intervalos uniformes a partir de un listado ordenado. El k-esimo elemento de la muestra es 𝑘 = 𝑁 𝑛 , donde n es el tamaño de la muestra y N el tamaño de la población. MUESTREO AL AZAR SISTEMÁTICO Muestreo y tipos de muestreo Una empresa tiene 120 trabajadores y se quiere extraer una muestra aleatoria sistemática de 30 trabajadores. Para ello se numeran los trabajadores del 1 al 120, se calcula el intervalo constante entre cada individuo: 𝑘 = 120 30 = 4 Luego se sortea un número del 1 al 4. Supongamos que sale el número 2; entonces el primer trabajador seleccionado para la muestra será el número 2, los siguientes trabajadores se obtendrán sumando 4, hasta llegar a tener 30 trabajadores. Los trabajadores seleccionados para la muestra serán los que se correspondan a los números: 2, 6, 10, 14, 18,.... EXPLICATIVO 2 Muestreo y tipos de muestreo Es aquel procedimiento que consiste en dividir a la población en grupos llamados estratos. Dentro de cada estrato los elementos deber ser lo más homogéneo posibles con respecto a las características de la variable en estudio. Los estratos deben ser homogéneos dentro de sí y heterogéneos entre ellos. La muestra aleatoria resultante es la unión de las submuestras que se obtienen por separado en cada estrato por el método aleatorio simple o sistemático. MUESTREO ALEATORIO ESTRATIFICADO Muestreo y tipos de muestreo Se desea estudiar las actitudes políticas de los estudiantes de una universidad para tal estudio se quiere extraer una muestra utilizando el muestreo aleatorio estratificado. Se podría subdividir en estratos de acuerdo con el tipo de estudios que cursen, suponiendo que estas actitudes van a ser diferentes entre quienes siguen ingeniería, letras, medicina u otras carreras. Luego, se efectuará un muestreo aleatorio simple dentro de cada estrato, para finalmente, realizar un análisis integrando los resultados de todas las submuestras. EXPLICATIVO 3 Muestreo y tipos de muestreo Este tipo de muestreo se utiliza cuando se trata de obtener una muestra al azar de una población grande y dispersa. Primero se divide a la población en varios grupos (llamados conglomerados)de características entre ellos parecidos y luego se seleccionan al azar un cierto número de conglomerados, todos los elementos de cada conglomerado forman la muestra. Dentro de cada conglomerado existe una variación considerable, pero los conglomerados son similares entre sí. Frecuentemente los conglomerados se aplican a zonas geográficas. MUESTREO ALEATORIO POR CONGLOMERADOS Muestreo y tipos de muestreo Una encuesta de opinión a nivel nacional es una aplicación adecuada del muestreo por conglomerados. EXPLICATIVO 4 Muestreo y tipos de muestreo Se denomina muestra aleatoria de tamaño 𝑛 de una población 𝑋 con distribución f(𝑥) de media 𝜇 y varianza 𝜎2, a un conjunto de 𝑛 variables aleatorias 𝑋1, 𝑋2, … , 𝑋𝑛 tales que: Son independientes, es decir: 𝑓 𝑥1, 𝑥2, … , 𝑥𝑛 = 𝑓 𝑥1 𝑓 𝑥2 …𝑓(𝑥𝑛) Cada una de ellas está distribuida en forma idéntica a f(𝑥) es decir: 𝑓 𝑥𝑖 = 𝑓(𝑥) 𝐸 𝑋𝑖 = 𝜇 𝑉𝑎𝑟 𝑋𝑖 = 𝜎 2 MUESTRA ALEATORIA SIMPLE Muestreo y tipos de muestreo Es cualquier función de las variables aleatorias que constituyen la muestra aleatoria. Algunas estadísticas son: • Media muestral: 𝑋 • Varianza muestral: s2 • Desviación estándar muestral: s • Proporción muestral: 𝑝 ESTADÍSTICO Muestreo y tipos de muestreo Fórmulas para el cálculo del tamaño de la muestra Situación Para estimar la media poblacional (𝝁) Para estimar la proporción poblacional* (P) N es infinita (o desconocida) 𝑛 = 𝑍𝛼/2 ∙ 𝜎 𝑒 2 𝑛 = 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑞 𝑒2 N es finita (conocida) 𝑛 = 𝑁 ∙ 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝜎2 𝑒2 ∙ 𝑁 − 1 + 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝜎2 𝑛 = 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑞 ∙ 𝑁 𝑒2 ∙ 𝑁 − 1 + 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑞 Donde: 𝑒 : Error máximo que puede cometerse o precisión en la estimación. 𝜎 : Desviación estándar de la población. 𝑍𝛼/2 : Nivel de confianza de la distribución normal. 𝑝: Proporción de elementos que poseen la característica de interés (probabilidad de éxito). 𝑁: Tamaño de la población *Estimación de proporciones: Se refiere a conocer la cantidad de la población que tiene alguna característica. Generalmente es necesario hacer un pre muestreo de 30 elementos, con el objetivo de hacer una primera estimación de 𝜎2. Valores para niveles de confianza de 𝑍𝛼/2 Nivel de confianza 𝑍𝛼/2 80% 1.282 90% 1.645 95% 1.96 99% 2.576 Ejemplo 1: Se realiza una investigación para conocer la altura promedio de los niños de 7 a 8 años de una provincia calificada como pobre. Se admite un error de 2 cm, con una confianza del 95%. Si de un estudio anterior se sabe que la desviación estándar de la altura de los niños de 7 a 8 años es 8 cm, determine de qué tamaño debe ser la muestra. Solución: 𝑒 = 2 𝑐𝑚 𝜎 = 8 𝑐𝑚 𝑍𝛼/2 para 95% ⟶ 𝑍𝛼/2=1.96 Entonces, 𝑛 = 𝑍𝛼/2 ∙ 𝜎 𝑒 2 =1.96 ∙ 8 2 2 = 61.47 ≈ 62 En un lote de frascos para medicina, con una población de 8000 unidades, se desea estimar la media de la capacidad en centímetros cúbicos de los mismos. A través de un pre muestreo de tamaño 35 se ha estimado que la desviación estándar es de 2 centímetros cúbicos. Si queremos tener una precisión 0.25 cms3, y un nivel de confianza del 95%, ¿de qué tamaño debe ser la muestra ? DATOS: 𝜎 = 2 cms3 ; 𝑁= 8000 ; 𝑒= 0.25 cms3 ; 𝑍𝛼/2 = 1.96 Reemplazando: Solo faltaría muestrear 203 frascos, pues los datos de los 35 frascos del pre muestreo siguen siendo válidos. 𝑛 = 𝑁 ∙ 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝜎2 𝑒2 ∙ 𝑁 − 1 + 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝜎2 = 8000 ∙ 1.962 ∙ 22 0.252 ∙ 8000 − 1 + 1.962 ∙ 22 = 238.56 ≈ 239 Ejemplo 2: En un estudio, se desea determinar cuántos niños de una región toman leche pasteurizada en el desayuno. Si se sabe que existen 1500 niños y de un estudio anterior 5 de cada 10 niños tomaban leche pasteurizada ¿De que tamaño debe de ser la muestra para tener una precisión del 10% y un nivel de confianza del 95%? DATOS: N = 1500 ; 𝑒 = 10 % = 0.1 ; 𝑍𝛼/2 para 95% ⟶ 𝑍𝛼/2=1.96 p = 5/10=0.5 y q = 0.5 Reemplazando: Se deben de muestrear 91 niños. 𝑛 = 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑞 ∙ 𝑁 𝑒2 ∙ 𝑁 − 1 + 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑞 = 1.962 ∙ 0.5 ∙ 0.5 ∙ 1500 0.12 ∙ 1500 − 1 + 1.962 ∙ 0.5 ∙ 0.5 = 90.32 ≈ 91 Ejemplo 3: Ejemplo 4: Se busca conocer cuántos trabajadores de la provincia de Arequipa tuvieron problemas económicos durante los últimos 2 años. Considere un nivel de confianza del 95% y un error máximo permisible del 5%. Solución: 𝑒 = 0.05 y 𝑍𝛼/2 para 95% ⟶ 𝑍𝛼/2=1.96. Dado que no se conocen 𝑝 y 𝑞, asumimos que se da el caso en el que hay mayor variabilidad: 𝑝 = 𝑞 = 0.5 Entonces, 𝑛 = 𝑍𝛼/2 2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑞 𝑒2 = 1.962 ∙ 0.5 ∙ 0.5 0.052 = 384.16 ≈ 385 RETO 1 Muestreo y tipos de muestreo La siguiente lista incluye las tiendas de Marco’s Pizza en el condado de Lucas. También se indica si la tienda es propiedad de alguna corporación (C) o del administrador (A). Se debe seleccionar e inspeccionar una muestra de cuatro establecimientos en relación con la conveniencia para el cliente, la seguridad, la higiene y otras características. a) Los números aleatorios seleccionados son 08, 18, 11, 02, 41 y 54. ¿Qué tiendas se eligieron? b) Utilice la tabla de números aleatorios para seleccionar su propia muestra de establecimientos. c) Una muestra consta de cada séptimo establecimiento. El número 03 es el punto de partida. ¿Qué establecimientos se incluirán en la muestra? d) Suponga que una muestra consta de tres establecimientos, de los cuales dos son propiedad corporativa y uno del administrador. Seleccione una muestra adecuada. RETO 2 Muestreo y tipos de muestreo La siguiente lista incluye a los estudiantes que se matricularon en un curso de introducción a la estadística administrativa. Se eligen al azar tres estudiantes, a quienes se formulan varias preguntas relacionadas con el contenido del curso y el método de enseñanza. a) Se escriben a mano los números 00 a 45 en papeletas y se colocan en un recipiente. Los tres números seleccionados son 31, 7 y 25. ¿Qué estudiantes se van a incluir en la muestra? b) Ahora utilice una tabla de dígitos aleatorios, para seleccionar su propia muestra. c) ¿Qué haría si localizara el número 59 en la tabla de números aleatorios? EJERCICIOS 1. Se desea conocer el nivel de satisfacción de los clientes de una empresa, para lo cual se decide aplicar una encuesta. Si se establece un nivel de confianza de 95% y un error del 5%, y se sabe que el mes pasado hubo en total 1500 clientes, ¿cuál sería el tamaño de la muestra? (Obs: Dado que no se conocen p ni q, asuma p=q=0.5). 2. Para estudiar la imagen de los diferentes políticos, se pide a los encuestados que los evalúen en una escala (continua) de 0 a 10 puntos. Si se acepta que la desviación típica de esta variable es de 1.5 puntos, ¿cuántos casos se necesitan para que el error cometido sea menor a 0.05 y se tenga una confianza del 95%? • ¿Qué es la inferencia estadística? • ¿Qué es la población y muestra? • ¿Porqué es importante obtener una muestra representativa de la población? • ¿Cómo obtenemos muestras representativas? ¿QUÉ HEMOS APRENDIDO? Muestreo y tipos de muestreo TAREA DOMICILIARIA
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