NEW | ||||||||||||||||||||||||||||||
Zadanie 34W celu wyznaczenia wartości składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemi w pewnym punkcie terenowym, dokonano 6 niezależnych pomiarów tej składowej natężenia pola magnetycznego i otrzymano następujące wyniki (w Oe): 0,195; 0,210; 0,189; 0,203; 0,198; 0,205. Przyjmując współczynnik ufności 0,95 wyznacz przedział ufności dla średniej wartości składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemi w tym punkcie.
1. JAK ROZPOZNAĆ ZADANIE DOTYCZĄCE ESTYMACJI PRZEDZIAŁOWEJ ?
Po przeczytaniu zadania zwracamy uwagę na zdanie:
„Przyjmując współczynnik ufności 0,95 wyznacz przedział ufności dla średniej wartości składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemi w tym punkcie. ”
Odnajdujemy w nich zwroty: wyznacz przedział ufności i współczynnik ufności. Teraz mamy pewność, że zadanie dotyczy estymacji przedziałowej.
2. ANALIZA I PRAWIDŁOWE WYPISANIE DANYCH. Analizujemy zdanie po zdaniu.
„W celu wyznaczenia wartości składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemi w pewnym punkcie terenowym, dokonano 6 niezależnych pomiarów tej składowej natężenia pola magnetycznego i otrzymano następujące wyniki (w Oe): 0,195; 0,210; 0,189; 0,203; 0,198; 0,205.”
W tym momencie wiemy, że wylosowaliśmy próbę, a jej liczebność to i w związku z tym będziemy prawdopodobnie stosować oznaczenia parametrów dla próby, chyba że zostanie wyraźnie określone, że będą to parametry dla populacji. Podano informacje o konkretnych wynikach z próby. Jeżeli dysponujemy wartościami wypisanymi po przecinku tzw. danymi indywidualnymi, to zawsze możemy policzyć średnią , wariancję i odchylenie standardowe (lub , ). Nie liczmy jednak tych parametrów od razu, ponieważ dopiero etap wyboru formuły na estymację wskaże nam czego potrzebujemy. Po prostu chodzi o to, żeby nie liczyć na zapas np. odchylenia, bo może okazać się niepotrzebne w późniejszych obliczeniach.
„Przyjmując współczynnik ufności 0,95 wyznacz przedział ufności dla średniej wartości składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemi w tym punkcie. ”
Podano też współczynnik ufności . Od razu wyznaczamy .
Podsumowując tworzymy przejrzystą tabelę z danymi:
- współczynnik ufności,
3. WYBÓR ODPOWIEDNIEGO WZORU.
Szukamy parametru, który należy oszacować przedziałem ufności i w ostatnim zdaniu wyłapujemy słowo:
„Przyjmując współczynnik ufności 0,95 wyznacz przedział ufności dla średniej wartości składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemi w tym punkcie.”
Wyraz średniej oznacza, że będziemy budować przedział ufności dla wartości średniej z populacji. Spójrzmy w kartę wzorów. Dla średniej mamy do wyboru trzy modele wzorów. Teraz wracamy do danych i sprawdzamy, czy jest znana i jaka jest liczebność próby. nie jest znana, a liczebność próby jest mniejsza od 30 ( ), zatem wybieramy model II. Dysponujemy danymi indywidualnymi, więc możemy wyznaczyć z nich lub . Decyzja, którą opcję wybrać należy do nas, jest to właściwie obojętne, ale najczęściej wybiera się (o ile nie zostanie narzucone inaczej), także interesuje nas pierwsza wersja wzoru z wybranego modelu.
4. UZUPEŁNIANIE WYBRANEGO WZORU I OBLICZENIA. Wracamy do danych w tabeli i uzupełniamy wzór konkretnymi liczbami. Jak widać potrzebujemy średniej z próby i odchylenia standardowego . W związku z tym zanim zajmiemy się uzupełnianiem właściwego wzoru należy obliczyć dwa (na razie) nieznane parametry. Liczenie średniej, wariacji i odchylenia standardowego jest zagadnieniem ze statystyki opisowej. Dysponujemy danymi indywidualnymi (wypisanymi po przecinku), jest ich niewiele i nie powtarzają się - zatem średnią liczymy ze wzoru . Oczywiście na chłopski rozum średnią można policzyć sumując wszystkie dane, a potem dzieląc przez ilość – i jest to jak najbardziej prawidłowe rozwiązanie, a ten wzór oznacza to samo. Jednak zdaję sobie sprawę, że widząc „hieroglify” tego typu wiele osób nie wie co robić, a tym bardziej jak je rozpisywać :). Mając to na uwadze postaram się przybliżyć kwestię wzorów rozpisując je na czynniki pierwsze. Znak oznacza sumę. Pod tym symbolem znajduje się zapis , a nad nim , to wartości kolejnych obserwacji. Wszytko razem oznacza, że będziemy sumować kolejne obserwacje oznaczone symbolem , gdzie będzie rosło od aż do wartości , a więc .
Tak więc średnia będzie miała uproszczony wzór:
Teraz przełożymy wszystko na dane z zadania. Liczebność próby wynosi , a więc wzór na średnią możemy zapisać następująco:
Czym jest ? To są konkretne wyniki z próby, a więc . Jeśli ktoś chciałby uporządkować dane indywidualne od najmniejszej do największej, może to spokojnie zrobić. Porządkowanie liczb nie wpływa na wynik, także może zostać tak jak jest. A więc .
Obliczamy średnią:
Zostało nam jeszcze odchylenie standardowe . Na początek i tak musimy obliczyć wariancję , bo . Wzór na wariancję z danych indywidualnych wygląda tak: . Jest też alternatywa , ale będziemy używać pierwszej wersji. Rozpisanie wzoru będzie analogiczne jak w przypadku średniej. Na początek ogólnie:
i dla :
Jak widać do policzenia wariancji i tak niezbędna jest średnia. Możemy już podstawiać liczby za , ale proponuję utworzyć tabelkę i wykonywać w niej obliczenia. Po pierwsze jest bardziej klarowna, po drugie ułamek powstały po rozpisaniu wzoru może okazać się dłuższym tasiemcem niż w tym konkretnym zadaniu i łatwo tu o pomyłkę. W tabelce powoli budujemy wzór na wariancję z danych indywidualnych, a jej nagłówki zawsze wyglądają tak samo. Na początku od każdego wartości odejmujemy średnią, a następnie wynik podnosimy do kwadratu. Sumujemy ostatnią kolumnę (przecięcie wiersza z symbolem i daje kompletny licznik wzoru na wariancję )
Odchylenie standardowe to pierwiastek z wariancji .
Wracamy do istoty zadania i wreszcie uzupełniamy wzór .
Teraz należy odczytać odpowiednią statystykę z tablic. W formule znajduje się literka t, zatem skorzystamy z tablic t-Studenta. Zapis oznacza statystykę dla i 5 stopni swobody. Wracamy do obliczeń i podstawiamy:
5. WYNIK I INTERPRETACJA.
Ostatecznie otrzymujemy: . Interpretacja brzmi następująco: Z ufnością 0,95 wartość nieznanej średniej wartości składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemi w tym punkcie (czyli dla populacji) mieści się się w przedziale od 0,192 Oe do 0,208 Oe.
|
||||||||||||||||||||||||||||||