Volver a la portadaEstadística aplicada y bioestadística · Nivelación univ. · Cambiar asignaturaEmpezar gratis
Nivelación · Estadística aplicada y bioestadística
Probabilidad e introducción a la inferencia · Estimación y contraste

Intervalos de confianza para medias

Un estudio mide el tiempo de reacción de 25 voluntarios y obtiene una media de 312 ms. Ese número cambiaría con otra muestra, así que ¿qué puedes decir de la media de toda la población? Un intervalo de confianza responde con un rango de valores plausibles y con una medida honesta de la incertidumbre. Al final del apartado sabrás construirlo, interpretarlo sin errores y reconocer cuándo no te puedes fiar de él.

Estimación central y margen de error

El esquema es siempre el mismo: estimación puntual, más y menos un margen. El margen es un cuantil (cuántos errores estándar te alejas) por el error estándar (cuánto varía la media de una muestra a otra).

Si te dan los extremos, recuperas ambas piezas: $\bar{x} = \dfrac{L+U}{2}$ y $E = \dfrac{U-L}{2}$.

Intervalo de confianza simétrico con la estimación central en el medio y el margen de error a cada lado. x̄ E E L = x̄ − E U = x̄ + E
Practica★☆☆Sin empezar
Un intervalo de confianza simétrico para una media es $[46;54]$. Identifica la estimación central y el margen de error. El siguiente esquema representa los datos del…

Un intervalo de confianza simétrico para una media es $[46;54]$. Identifica la estimación central y el margen de error.

El siguiente esquema representa los datos del ejercicio.

Intervalo de confianza para la media 40 46 ? 54 60
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Practica★★☆Sin empezar
Un IC normal del 95 % es $[8,04;11,96]$. Recupera la media y su error estándar usando $z=1,96$.

Un IC normal del 95 % es $[8,04;11,96]$. Recupera la media y su error estándar usando $z=1,96$.

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Intervalo con z: desviación conocida

Curva normal de la media muestral con el 95 % central sombreado entre menos y más 1,96 errores estándar de la media. 95 % μ − 1,96 EE μ + 1,96 EE μ

En la práctica $\sigma$ casi nunca se conoce, pero esta versión es la base de todo lo demás. Si te dan directamente el error estándar, el margen es simplemente $z \cdot EE$.

Un intervalo de una sola cola (por ejemplo, «al menos») usa el cuantil de una cola: un límite inferior del 95 % es $\bar{x} - z_{0,95}\,EE$, con $z_{0,95}=1{,}645$, y el límite superior queda abierto.

Practica★☆☆Sin empezar
Una muestra aleatoria independiente tiene media 30 y error estándar conocido 2. Supón que la media tiene distribución normal. Calcula el intervalo normal del 95 % usando…

Una muestra aleatoria independiente tiene media 30 y error estándar conocido 2. Supón que la media tiene distribución normal. Calcula el intervalo normal del 95 % usando $z=1,96$.

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Practica★★☆Sin empezar
Una muestra de 25 observaciones independientes de una población normal tiene media 50 y desviación poblacional conocida 10. Calcula el IC del 95 % usando $z=1,96$.

Una muestra de 25 observaciones independientes de una población normal tiene media 50 y desviación poblacional conocida 10. Calcula el IC del 95 % usando $z=1,96$.

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Practica★★☆Sin empezar
Una estimación normal de media es 100 con error estándar conocido 5. Construye un límite inferior unilateral del 95 % usando $z_{0,95}=1,645$.

Una estimación normal de media es 100 con error estándar conocido 5. Construye un límite inferior unilateral del 95 % usando $z_{0,95}=1,645$.

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Intervalo con t de Student: desviación desconocida

Cuando estimas $\sigma$ con la desviación muestral $s$, añades incertidumbre: $s$ también cambia de muestra a muestra. La t de Student compensa esto con colas más pesadas que la normal, sobre todo con $n$ pequeño.

Animación de la curva normal estándar junto a la curva t de Student: la t, con el centro más bajo y las colas más pesadas, se va pareciendo a la normal y acaba superpuesta a ella; después vuelve a su forma inicial. normal t: colas más pesadas 0
Practica★☆☆Sin empezar
En una muestra normal de tamaño 10 con varianza poblacional desconocida, ¿se usa z o t de Student para un intervalo exacto de la media? Indica grados de libertad.

En una muestra normal de tamaño 10 con varianza poblacional desconocida, ¿se usa z o t de Student para un intervalo exacto de la media? Indica grados de libertad.

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Practica★★☆Sin empezar
Una muestra normal independiente de tamaño 16 tiene media 20 y desviación muestral 4. Calcula el IC del 95 % con $t_{15;0,975}=2,131$.

Una muestra normal independiente de tamaño 16 tiene media 20 y desviación muestral 4. Calcula el IC del 95 % con $t_{15;0,975}=2,131$.

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Practica★★☆Sin empezar
Una muestra normal de tamaño 9 tiene media 15 y desviación muestral 3. Calcula el IC del 90 % con $t_{8;0,95}=1,860$.

Una muestra normal de tamaño 9 tiene media 15 y desviación muestral 3. Calcula el IC del 90 % con $t_{8;0,95}=1,860$.

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Qué significa la confianza y qué ensancha el intervalo

El nivel de confianza describe el procedimiento, no un intervalo ya calculado. La media $\mu$ es fija; lo aleatorio es el intervalo. Una vez calculado, o contiene a $\mu$ o no.

Cinco intervalos de confianza de distintas muestras comparados con la media poblacional fija; cuatro la contienen y uno no. μ fija no cubre μ
Practica★☆☆Sin empezar
Explica qué significa que un procedimiento construya intervalos de confianza del 95 % en muestreos repetidos.

Explica qué significa que un procedimiento construya intervalos de confianza del 95 % en muestreos repetidos.

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Practica★☆☆Sin empezar
Con los mismos datos y método, ¿será más ancho un intervalo del 99 % o del 90 %? Explica.

Con los mismos datos y método, ¿será más ancho un intervalo del 99 % o del 90 %? Explica.

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Practica★☆☆Sin empezar
Un intervalo para la media de una duración es $[12;16]$ minutos. ¿Significa que el 95 % de las personas tarda entre 12 y 16? Razona.

Un intervalo para la media de una duración es $[12;16]$ minutos. ¿Significa que el 95 % de las personas tarda entre 12 y 16? Razona.

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Practica★★★Sin empezar
De 2000 intervalos simulados al 95 %, 1880 contienen la media verdadera. Calcula la cobertura observada y su error estándar Montecarlo con $\sqrt{\hat c(1-\hat c)/B}$.

De 2000 intervalos simulados al 95 %, 1880 contienen la media verdadera. Calcula la cobertura observada y su error estándar Montecarlo con $\sqrt{\hat c(1-\hat c)/B}$.

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Extensiones: transformaciones, predicción y varios intervalos

Por ejemplo, si el IC para $A$ es $[20;30]$ y $B=2A+10$, el IC de $B$ es $[2\cdot 20+10;\;2\cdot 30+10]=[50;70]$. Y si el IC de $\mu_Y$ con $Y=\log X$ es $[1;2]$, el IC de la mediana de $X$ es $[e;\,e^2]\approx[2{,}72;\,7{,}39]$.

Comparación de un intervalo de confianza para la media, estrecho, con un intervalo de predicción para una futura observación, mucho más ancho, ambos centrados en la media muestral. x̄ IC de la media intervalo de predicción
Practica★★☆Sin empezar
Un IC para la media de una escala en unidades A es $[20;30]$. Si las unidades B se definen como $B=2A+10$, transforma el intervalo.

Un IC para la media de una escala en unidades A es $[20;30]$. Si las unidades B se definen como $B=2A+10$, transforma el intervalo.

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Practica★★★Sin empezar
Dos intervalos marginales del 95 % se construyen de manera independiente. Calcula la probabilidad de que ambos cubran sus respectivos parámetros y explica por qué no es…

Dos intervalos marginales del 95 % se construyen de manera independiente. Calcula la probabilidad de que ambos cubran sus respectivos parámetros y explica por qué no es 95 %.

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Practica★★★Sin empezar
Una muestra normal independiente de tamaño 25 tiene media 40 y desviación 10. Compara el margen de un IC de la media con el de predicción de una futura observación,…

Una muestra normal independiente de tamaño 25 tiene media 40 y desviación 10. Compara el margen de un IC de la media con el de predicción de una futura observación, usando $t_{24;0,975}=2,064$ y las fórmulas $ts/\sqrt n$ y $ts\sqrt{1+1/n}$.

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Vuelve al principio: con 25 voluntarios y media de 312 ms, el IC no es «la media más o menos algo» al azar, sino $\bar{x}\pm t_{24;0{,}975}\,s/\sqrt{25}$, un rango cuyo procedimiento captura la media poblacional el $95\,\%$ de las veces, siempre que la muestra no esté sesgada.

Resumen

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