Raciocínio lógico e matemática

Intervalo de confiança para média e proporção, com margem de erro

Pesquisas de opinião, auditorias por amostragem e estudos de qualidade terminam numa frase do tipo “a média é X, com margem de erro de Y”. O intervalo de confiança é a formalização dessa frase, e as bancas cobram tanto o cálculo quanto a interpretação. A segunda parte é onde a maioria erra. Este guia constrói o intervalo para a média e para a proporção, resolve dois exemplos conferidos e esclarece o que o nível de confiança realmente significa.

Matéria de estatística inferencial, sem norma aplicável. Se você ainda não domina a curva normal, leia antes distribuição normal, escore z e regra empírica.

A ideia

Em vez de informar apenas a média da amostra, informa-se um intervalo em torno dela, construído de modo que, se o procedimento fosse repetido muitas vezes, uma fração previamente fixada (o nível de confiança) dos intervalos conteria o verdadeiro valor da população.

A estrutura é sempre a mesma:

estimativa ± margem de erro

e a margem de erro é: valor crítico × erro padrão.

Valores críticos mais usados

Para a distribuição normal padrão (curva z):

Nível de confiança Valor crítico z
90% 1,645
95% 1,96
99% 2,576

Quanto maior a confiança, maior o valor crítico e mais largo o intervalo. É a troca: mais certeza custa menos precisão.

Intervalo para a média

Quando a amostra é grande e o desvio padrão amostral s é conhecido:

Intervalo = x̄ ± z × s/√n

O termo s/√n é o erro padrão da média.

Exemplo 1

Uma amostra de n = 36 processos tem tempo médio de tramitação x̄ = 50 dias e desvio padrão s = 12 dias. Qual o intervalo de 95% de confiança para a média?

  1. Erro padrão: 12/√36 = 12/6 = 2.
  2. Valor crítico para 95%: 1,96.
  3. Margem de erro: 1,96 × 2 = 3,92.
  4. Intervalo: 50 − 3,92 = 46,08 e 50 + 3,92 = 53,92.

Resposta: de 46,08 a 53,92 dias. Em amostras pequenas (n abaixo de cerca de 30) e desvio desconhecido, usa-se a distribuição t de Student, cujo valor crítico é maior que o de z. A banca informa qual tabela usar.

Intervalo para a proporção

Para uma proporção amostral p̂ (fração de “sucessos”):

Intervalo = p̂ ± z × √[p̂(1 − p̂)/n]

Exemplo 2

Numa pesquisa com n = 100 pessoas, 30 responderam “sim”. Qual a margem de erro, com 95% de confiança, para a proporção de “sim” na população?

  1. p̂ = 30/100 = 0,30.
  2. Erro padrão: √[0,30 × 0,70 / 100] = √0,0021 = 0,04583.
  3. Margem de erro: 1,96 × 0,04583 = 0,0898.
  4. Intervalo: 0,30 − 0,0898 = 0,2102 e 0,30 + 0,0898 = 0,3898.

Resposta: de 21,0% a 39,0%, aproximadamente (arredondando 0,2102 e 0,3898).

O que o intervalo NÃO significa

Esta é a pegadinha central. Com o Exemplo 1 em mãos:

  • Errado: “há 95% de probabilidade de a média verdadeira estar entre 46,08 e 53,92”. Depois de calculado, o intervalo é fixo; a média populacional é um valor fixo desconhecido, e ele está ou não dentro. Interpretar como probabilidade de um intervalo já calculado é o erro clássico.
  • Certo: “o método usado produz intervalos que contêm a média verdadeira em 95% das repetições”. Em provas, a forma aceita costuma ser “temos 95% de confiança de que o intervalo contém a média”.
  • Errado: “95% dos processos têm tempo entre 46,08 e 53,92 dias”. O intervalo é sobre a média, não sobre as observações individuais.

Como o intervalo muda

O que muda Efeito na largura
Aumenta o nível de confiança Alarga
Aumenta o tamanho da amostra Estreita
Aumenta a variabilidade (s) Alarga

Para dobrar a precisão (reduzir a margem à metade), é preciso quadruplicar a amostra, porque n aparece sob a raiz. No Exemplo 1, passar de 36 para 144 processos reduziria o erro padrão de 2 para 1 (12/12), e a margem para 1,96.

Tamanho de amostra para uma margem desejada

Para a média: n = (z × s / E)², em que E é a margem desejada. Se quisermos E = 2 com s = 12 e 95%: n = (1,96 × 12 / 2)² = (11,76)² = 138,3, e arredonda-se para cima: 139. Sempre arredonde o tamanho da amostra para cima.

Erros comuns

  • Esquecer de dividir s por raiz de n e usar s direto como erro padrão.
  • Interpretar como probabilidade sobre o intervalo já calculado.
  • Confundir nível de confiança com a margem de erro.
  • Usar o valor crítico de 95% quando o enunciado fala em 99%.
  • Esquecer que a margem de erro de pesquisas só considera o erro amostral, não vieses de seleção ou de resposta.
  • Em proporções, trocar p̂(1 − p̂) por p̂ sozinho.

Roteiro de resolução

  1. Identifique se é média ou proporção.
  2. Anote n, a estimativa e a dispersão (s ou p̂).
  3. Calcule o erro padrão.
  4. Multiplique pelo valor crítico do nível pedido.
  5. Some e subtraia da estimativa.

Próximos passos

Veja amostragem simples, estratificada e por conglomerados, variância e desvio padrão e correlação e regressão linear.

Fontes e atualização

Assunto de estatística, sem norma aplicável; cálculos verificados por programa e à mão. Os valores críticos citados são os da normal padrão. Confira no edital o programa e, na prova, quais tabelas são fornecidas. Veja a metodologia do site.

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