background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

1

W celu zbadania zależności między liczbą osób w rodzinie a miesięcznymi 

wydatkami na cele kulturalne wylosowano w sposób niezależny 230 rodzin 
zamieszkujących pewne osiedle i uzyskano następujące wyniki: 

Wydatki w 

zł 

Liczba rodzin wg liczby osób

2 3 4 5 6 

10-20 

5 - - - - 

20-30 

14 6 18 40 - 

30-40 

6 14 22 40 - 

40-50 

- 5 20 - 40 

Na podstawie zebranych wyników obliczono, że  średnie wydatki rodzin 2-

osobowych są równe 25,4 zł; rodzin 3-osobowych 34,6 zł, rodzin 4-osobowych 35,33 zł, a 

rodzin 5-osobowych 30 zł. Odchylenia standardowe wydatków wynoszą odpowiednio: 6,62 

zł; 6,62 zł; 7,97 zł, 5 zł. 

1.  Z prawdopodobieństwem 0,95 ocenić  średnie wydatki na kulturę rodzin 3-osobowych 

przyjmując odpowiednie założenie. 

2.  Oszacować średnie wydatki na kulturę rodzin 5-osobowych, przyjmując poziom ufności 

0,99. 

3.  Ocenić zróżnicowanie wydatków na kulturę rodzin ogółem z wiarygodnością 0,95. 

4.  Z wiarygodnością 0,90 oszacować zróżnicowanie wydatków na kulturę rodzin 3-

osobowych. 

5.  Z prawdopodobieństwem 0,95 ocenić odsetek rodzin ogółem wydających na kulturę 

powyżej 40 zł. 

6.  Ile rodzin należy dolosować do próby, aby można było oszacować  średnie wydatki 

rodzin 3-osobowych z wiarygodnością 0,95 i maksymalnym błędem szacunku równym 2 

zł? 

7.  Ile rodzin należy dolosować do próby, aby ocenić średnie wydatki na kulturę rodzin 5-

osobowych z wiarygodnością 0,99 i maksymalnym błędem szacunku równym 1 zł? 

8.  Ile rodzin należy dolosować do próby, aby oszacować odsetek rodzin ogółem 

wydających na kulturę mniej niż 30 zł z wiarygodnością 0,96 i błędem szacunku 

równym 4%, jeżeli wiadomo, że w całej zbiorowości rodzin 3-osobowych około 1/3 

wydaje miesięcznie na kulturę do 30 zł? 

9.  Ile rodzin należy dolosować do próby, aby ocenić odsetek rodzin ogółem wydających na 

kulturę powyżej 40 zł z tą samą wiarygodnością i błędem szacunku równym 3%? 

Uwaga: Tam, gdzie to konieczne przyjąć stosowne założenia. 

background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

2

Rozwiązanie: 

Badana cecha X: wydatki na kulturę w zł. 
Badane zbiorowości: 1. rodziny ogółem (n

1

=230; 

1

x

=34 zł obliczone z próby; s

1

=8,36 zł);  

2. rodziny 2-osobowe (n

2

=25; 

2

x

=25,4 zł; s

2

=6,62 zł) 

3. rodziny 3-osobowe (n

3

=25; 

3

x

=34,6 zł; s

3

=6,62 zł) 

4. rodziny 4-osobowe (n

4

=60; 

4

x

=35,33 zł; s

4

=7,97 zł) 

5. rodziny 5-osobowe (n

5

=80; 

5

x

=30,00 zł; s

5

=5,00 zł) 

 

(1) 

Z prawdopodobieństwem 0,95 ocenić  średnie wydatki na kulturę rodzin 3-osobowych 

przyjmując odpowiednie założenie. 

 

Szacowany  parametr

θ=m  (średnie wydatki na kulturę rodzin 3-osobowych). 

Estymatorem jest średnia arytmetyczna z próby T

n

=

x

. 

Ponieważ próba jest mała (n=25 rodzin 3-osobowych) przedział ufności dla 

parametru m jest następujący: 

α

α

α

=

+

<

<

1

1

1

n

s

t

x

m

n

s

t

x

P

,  

przy czym przyjmujemy założenie, iż X: N(m, 

σ); σ - nieznane. 

Dla współczynnika ufności 0,95 i liczby stopni swobody n-1=25-1=24 z tablic 

rozkładu Studenta odczytujemy wartość  t

α

=2,0639. Podstawiając dane liczbowe 

otrzymujemy następujący przedział ufności: 

1

25

62

,

6

0639

,

2

6

,

34

1

25

62

,

6

0639

,

2

6

,

34

+

<

<

m

 

31,81 zł < m < 37,39 zł 

 

Interpretacja: Przedział o krańcach 31,81 i 37,39 zł pokrywa z wiarygodnością 0,95 

nieznaną wartość średnich wydatków na kulturę rodzin 3-osobowych. 

background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

3

Badana cecha X: wydatki na kulturę w zł. 
Badane zbiorowości: 1. rodziny ogółem (n

1

=230; 

1

x

=34 zł obliczone z próby; s

1

=8,36 zł);  

2. rodziny 2-osobowe (n

2

=25; 

2

x

=25,4 zł; s

2

=6,62 zł) 

3. rodziny 3-osobowe (n

3

=25; 

3

x

=34,6 zł; s

3

=6,62 zł) 

4. rodziny 4-osobowe (n

4

=60; 

4

x

=35,33 zł; s

4

=7,97 zł) 

5. rodziny 5-osobowe (n

5

=80; 

5

x

=30,00 zł; s

5

=5,00 zł) 

(2) 

Oszacować  średnie wydatki na kulturę rodzin 5-osobowych, przyjmując poziom ufności 
0,99. 

Szacowany  parametr

θ=m

  (średnie wydatki na kulturę rodzin 5-osobowych). 

Estymatorem jest średnia arytmetyczna z próby 

T

n

=

x

Ponieważ próba jest duża (n=80 rodzin 5-osobowych) przedział ufności dla parametru m 

jest następujący: 

α

α

α

=

+

<

<

1

n

s

u

x

m

n

s

u

x

P

Dla współczynnika ufności 0,99 z tablic dystrybuanty rozkładu normalnego 

standaryzowanego odczytujemy u

α

, tak aby 

2

1

)

(

α

α

=

Φ u

=0,995. Zatem u

α

=2,58. 

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy następujący przedział ufności: 

80

5

58

,

2

30

80

5

58

,

2

30

+

<

<

m

 

 

28,58 zł < m < 31,44 zł 

 

Interpretacja: Przedział o krańcach 28,58 i 31,44 zł pokrywa z wiarygodnością 0,99 

nieznaną wartość średnich wydatków na kulturę rodzin 5-osobowych. 

background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

4

Badana cecha X: wydatki na kulturę w zł. 
Badane zbiorowości: 1. rodziny ogółem (n

1

=230; 

1

x

=34 zł obliczone z próby; s

1

=8,36 zł);  

2. rodziny 2-osobowe (n

2

=25; 

2

x

=25,4 zł; s

2

=6,62 zł) 

3. rodziny 3-osobowe (n

3

=25; 

3

x

=34,6 zł; s

3

=6,62 zł) 

4. rodziny 4-osobowe (n

4

=60; 

4

x

=35,33 zł; s

4

=7,97 zł) 

5. rodziny 5-osobowe (n

5

=80; 

5

x

=30,00 zł; s

5

=5,00 zł) 

(

3) 

Ocenić zróżnicowanie wydatków na kulturę rodzin ogółem z wiarygodnością 0,95 
 

Szacowany  parametr

θ=σ

 (zróżnicowanie wydatków na kulturę rodzin ogółem na 

osiedlu). Estymatorem jest odchylenie standardowe z próby 

T

n

=s.

 

Ponieważ próba jest duża (n=230 rodzin ogółem), przedział ufności dla parametru 

σ jest 

następujący: 

α

σ

α

α

=

⎪⎪

⎪⎪

<

<

+

1

2

1

2

1

n

u

s

n

u

s

P

Przy współczynniku 0,95 wartość  u

α

 odczytujemy z tablic rozkładu normalnego tak, aby 

2

1

)

(

α

α

=

Φ u

. Zatem u

α

=1,96. Podstawiając do wzoru dane liczbowe otrzymujemy przedział 

ufności: 

230

*

2

96

,

1

1

36

,

8

230

*

2

96

,

1

1

36

,

8

<

<

+

σ

 

 

7,69 zł < 

σ < 9,23 zł 

Interpretacja: Przedział o krańcach 7,69 i 9,23 zł pokrywa z wiarygodnością 0,95 nieznaną 

wartość odchylenia standardowego wydatków na kulturę rodzin ogółem. 

background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

5

Badana cecha X: wydatki na kulturę w zł. 
Badane zbiorowości: 1. rodziny ogółem (n

1

=230; 

1

x

=34 zł obliczone z próby; s

1

=8,36 zł);  

2. rodziny 2-osobowe (n

2

=25; 

2

x

=25,4 zł; s

2

=6,62 zł) 

3. rodziny 3-osobowe (n

3

=25; 

3

x

=34,6 zł; s

3

=6,62 zł) 

4. rodziny 4-osobowe (n

4

=60; 

4

x

=35,33 zł; s

4

=7,97 zł) 

5. rodziny 5-osobowe (n

5

=80; 

5

x

=30,00 zł; s

5

=5,00 zł) 

(4) 

Z wiarygodnością 0,90 oszacować zróżnicowanie wydatków na kulturę rodzin 3-
osobowych. 
 
Szacowany
  parametr

θ=σ

2

 (zróżnicowanie wydatków na kulturę rodzin 3-osobowych). 

Estymatorem jest wariancja z próby 

T

n

=s

2

Ponieważ próba jest mała (n=25 rodzin 3-osobowych), przedział ufności dla parametru 

σ

2

przy założeniu, że X~N(m,

σ), σ - nie jest znane, jest następujący: 

α

σ

=

<

<

1

1

2

2

2

2

c

ns

c

ns

P

Przy współczynniku ufności 0,90 wartości c

1

 i c

2

 odczytujemy z tablic wartości krytycznych 

rozkładu 

χ

2

 dla  n-1=24 stopni swobody (boczek tablicy) i w główce tablicy dla c

1

2

1

α

 

(P{

χ

2

 

≥c

1

}=0,95) oraz dla c

2:

 

2

α

 (P{

χ

2

≥c

2

}=0,05). Odczytane wartości – c

1

=13,848 oraz 

c

2

=36,415. Podstawiając do wzoru dane liczbowe otrzymujemy przedział ufności: 

848

,

13

)

62

,

6

(

*

25

415

,

36

)

62

,

6

(

*

25

2

2

2

<

<

σ

 

 

30,08 zł

2

 < 

σ

2

 < 79,11 zł

2

 

oraz wyciągając pierwiastek  

5,48 zł < 

σ < 8,89 zł 

Interpretacja: Przedział o krańcach 5,48 i 8,89 zł pokrywa z wiarygodnością 0,99 nieznaną 

wartość odchylenia standardowego wydatków na kulturę rodzin 3-osobowych. 

background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

6

Badana cecha X: wydatki na kulturę w zł. 
Badane zbiorowości: 1. rodziny ogółem (n

1

=230; 

1

x

=34 zł obliczone z próby; s

1

=8,36 zł);  

2. rodziny 2-osobowe (n

2

=25; 

2

x

=25,4 zł; s

2

=6,62 zł) 

3. rodziny 3-osobowe (n

3

=25; 

3

x

=34,6 zł; s

3

=6,62 zł) 

4. rodziny 4-osobowe (n

4

=60; 

4

x

=35,33 zł; s

4

=7,97 zł) 

5. rodziny 5-osobowe (n

5

=80; 

5

x

=30,00 zł; s

5

=5,00 zł) 

(5) 

Z prawdopodobieństwem 0,95 ocenić odsetek rodzin ogółem wydających na kulturę 

powyżej 40 zł. 

 

Szacowany  parametr

θ=p

 (odsetek rodzin ogółem wydających powyżej 40 zł). 

Estymatorem jest wskaźnik struktury z próby 

T

n

=

n

k

. Wśród rodzin ogółem 65 wydaje na 

kulturę ponad 40 zł miesięcznie. Przedział ufności jest postaci: 

α

α

α

=


⎪⎪


⎪⎪

⎛ −

+

<

<

⎛ −

1

1

1

n

n

k

n

k

u

n

k

p

n

n

k

n

k

u

n

k

P

Dla 1-

α=0,95 odczytana z tablic wartość  u

α

=1,96. Podstawiając wartości liczbowe 

uzyskujemy następujący przedział ufności: 

230

230

65

1

230

65

96

,

1

230

65

230

230

65

1

230

65

96

,

1

230

65

⎛ −

+

<

<

⎛ −

p

 

0,22 < p < 0,34 

Interpretacja: Przedział o krańcach 0,22 i 0,34 pokrywa z prawdopodobieństwem  0,95 

nieznany odsetek rodzin ogółem wydających na kulturę powyżej 40 zł. 

 

background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

7

Badana cecha X: wydatki na kulturę w zł. 
Badane zbiorowości: 1. rodziny ogółem (n

1

=230; 

1

x

=34 zł obliczone z próby; s

1

=8,36 zł);  

2. rodziny 2-osobowe (n

2

=25; 

2

x

=25,4 zł; s

2

=6,62 zł) 

3. rodziny 3-osobowe (n

3

=25; 

3

x

=34,6 zł; s

3

=6,62 zł) 

4. rodziny 4-osobowe (n

4

=60; 

4

x

=35,33 zł; s

4

=7,97 zł) 

5. rodziny 5-osobowe (n

5

=80; 

5

x

=30,00 zł; s

5

=5,00 zł) 

(6) 

Ile rodzin należy dolosować do próby, aby można było oszacować średnie wydatki rodzin 3-

osobowych z wiarygodnością 0,95 i maksymalnym błędem szacunku równym 2 zł? 

 

Ponieważ próba jest mała (25 rodzin 3-osobowych), zatem niezbędną liczebność 

próby obliczymy ze wzoru: 

1

1

)

2

(

)

62

,

6

(

*

)

0639

,

2

(

1

1

2

2

2

2

2

2

+

+

=

+

+

=

d

s

t

n

α

1-

α = 0,95; stąd: t

α

=2,0639; d=2 zł, s=6,62 zł. 

Podstawiając wartości liczbowe uzyskujemy 

n=[46,67+1]+1=48.  

Interpretacja: Aby z wiarygodnością 0,95 oszacować  średnie wydatki rodzin 3-

osobowych na kulturę z maksymalnym błędem szacunku równym 2 zł, należy do 

próby dolosować

     

48-25=23 osoby. 

background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

8

Badana cecha X: wydatki na kulturę w zł. 
Badane zbiorowości: 1. rodziny ogółem (n

1

=230; 

1

x

=34 zł obliczone z próby; s

1

=8,36 zł);  

2. rodziny 2-osobowe (n

2

=25; 

2

x

=25,4 zł; s

2

=6,62 zł) 

3. rodziny 3-osobowe (n

3

=25; 

3

x

=34,6 zł; s

3

=6,62 zł) 

4. rodziny 4-osobowe (n

4

=60; 

4

x

=35,33 zł; s

4

=7,97 zł) 

5. rodziny 5-osobowe (n

5

=80; 

5

x

=30,00 zł; s

5

=5,00 zł) 

 

(7) 

Ile rodzin należy dolosować do próby, aby ocenić  średnie wydatki na kulturę rodzin 5-

osobowych z wiarygodnością 0,99 i maksymalnym błędem szacunku równym 1 zł? 

 

Ponieważ próba jest duża (80 rodzin 5-osobowych), niezbędną liczebność próby 

obliczymy ze wzoru: 

1

1

5

*

)

58

,

2

(

1

2

2

2

2

2

2

+

=

+

=

d

s

u

n

α

 

1-

α = 0,99; stąd: u

α

=2,58; d=1 zł, s=5 zł. 

 

Podstawiając wartości liczbowe uzyskujemy 

n

=[166,41]+1=167.

 

Interpretacja: Aby z wiarygodnością 0,99 oszacować  średnie wydatki rodzin 5-

osobowych na kulturę z maksymalnym błędem szacunku równym 1 zł, należy do 

próby dolosować   

167-80=87 osób. 

background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

9

Badana cecha X: wydatki na kulturę w zł. 
Badane zbiorowości: 1. rodziny ogółem (n

1

=230; 

1

x

=34 zł obliczone z próby; s

1

=8,36 zł);  

2. rodziny 2-osobowe (n

2

=25; 

2

x

=25,4 zł; s

2

=6,62 zł) 

3. rodziny 3-osobowe (n

3

=25; 

3

x

=34,6 zł; s

3

=6,62 zł) 

4. rodziny 4-osobowe (n

4

=60; 

4

x

=35,33 zł; s

4

=7,97 zł) 

5. rodziny 5-osobowe (n

5

=80; 

5

x

=30,00 zł; s

5

=5,00 zł) 

 

(8) 

Ile rodzin należy dolosować do próby, aby oszacować odsetek rodzin ogółem wydających 

na kulturę mniej niż 30 zł z wiarygodnością 0,96 i błędem szacunku równym 4%, jeżeli 

wiadomo,  że w całej zbiorowości rodzin 3-osobowych około 1/3 wydaje miesięcznie na 

kulturę do 30 zł? 

 

1-

α = 0,96; stąd: u

α

=2,05; d=0,04. 

Z treści zadania wiemy, że odsetek rodzin ogółem wydających na kulturę poniżej 30 

zł jest równy p=0,33. Zatem niezbędną liczebność próby obliczymy ze wzoru: 

 

1

)

04

,

0

(

)

33

,

0

1

(

33

,

0

)

05

,

2

(

1

)

1

(

2

2

2

2

+

=

+

=

d

p

p

u

n

α

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy 

n=[580,73]+1=581. 

 

Interpretacja: Aby z prawdopodobieństwem 0,96 oszacować odsetek rodzin 

wydających na kulturę mniej niż 30 zł z błędem szacunku równym 4% należy 

dolosować do próby         

581-230=351 osób.

  

background image

ZADANIE – ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA, NIEZBĘDNA LICZEBNOŚĆ PRÓBY 

10

Badana cecha X: wydatki na kulturę w zł. 
Badane zbiorowości: 1. rodziny ogółem (n

1

=230; 

1

x

=34 zł obliczone z próby; s

1

=8,36 zł);  

2. rodziny 2-osobowe (n

2

=25; 

2

x

=25,4 zł; s

2

=6,62 zł) 

3. rodziny 3-osobowe (n

3

=25; 

3

x

=34,6 zł; s

3

=6,62 zł) 

4. rodziny 4-osobowe (n

4

=60; 

4

x

=35,33 zł; s

4

=7,97 zł) 

5. rodziny 5-osobowe (n

5

=80; 

5

x

=30,00 zł; s

5

=5,00 zł) 

 

(9) 

Ile rodzin należy dolosować do próby, aby ocenić odsetek rodzin ogółem wydających na 

kulturę powyżej 40 zł z tą samą wiarygodnością i błędem szacunku równym 3%? 

 

1-

α = 0,95; stąd: u

α

=1,96; d=0,03  

 
Ponieważ nie znamy odsetka p (rodziny ogółem wydające na kulturę ponad 40 zł w 

całej zbiorowości) zatem niezbędną liczebność próby obliczymy ze wzoru: 

1

)

03

,

0

(

*

4

)

96

,

1

(

1

4

2

2

2

2

+

=

+

=

d

u

n

α

 

Po podstawieniu danych otrzymujemy 

n=[1067,11]+1=1068. 

Interpretacja: Aby z wiarygodnością 0,95 i błędem szacunku 3% ocenić odsetek 

rodzin ogółem wydających na kulturę ponad 40 zł należy dolosować  do  próby                 

1068-230=838 rodzin.