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martes, 21 de enero de 2014

Calculando el tamaño de la muestra para garantizar el margen de error dado

Enunciado:
Para estimar la proporción, p, de familias de una determinada ciudad que poseen un determinado tipo de electrodoméstico, se extrae una muestra aleatoria simple de tamaño n y se observa el valor del estimador \hat{p} de p, que resulta ser igual a 0'4. ¿ Cuál es el valor mínimo de n para que, a un nivel de confianza del 95\,\%, el margen de error de la estimación de la proporción p ( intervalo de confianza ) sea menor que 0'01 ?.

Resolución:
Al ser la variable X \sim B(1,p) ( distribución de Bernoulli ) y, considerando muestras grandes,
la variable aleatoria asociada al estimador, \hat{p}, de p es
    \hat{p} \approx N\bigg( p\,,\, \sqrt{\dfrac{p\,(1-p)}{n}} \bigg)
el intervalo de confianza de p, con un coeficiente de confianza 1-\alpha=0'95 es
    I_{0'95}(p)=\big(\hat{p} - z_{\alpha / 2}\cdot \sqrt{\dfrac{p\,(1-p)}{n}} \,,\, \hat{p} + z_{\alpha / 2}\cdot \sqrt{\dfrac{p\,(1-p)}{n}}\big)
es decir
    p = \hat{p} \, \pm \, z_{\alpha / 2}\cdot \sqrt{\dfrac{p\,(1-p)}{n}}
donde, ahora, \hat{p} representa el valor observado en la muestra, es decir, 0'4 y z_{\alpha / 2} = z_{0'05 / 2} = z_{0'025} \underset{tablas \; N(0,1)}{=} 1'96

Teniendo en cuenta que el margen de error en la estimación de p es
    z_{\alpha / 2}\cdot \sqrt{\dfrac{p\,(1-p)}{n}}
deberá cumplirse ( requerimiento del enunciado ) que
    1'96\cdot \sqrt{\dfrac{0'4\cdot 0'6}{n}} \prec 0'01
por tanto
    \sqrt{\dfrac{0'4\cdot 0'6}{n}} \prec \dfrac{0'01}{1'96}
y, elevando al cuadrado en cada miembro de la desigualdad
    \dfrac{0'4\cdot 0'6}{n} \prec \bigg(\dfrac{0'01}{1'96}\bigg)^2
de donde
    n \succ \dfrac{0'4 \cdot 0'6}{(\frac{0'01}{1'96})^2} \approx 9219
es decir, deberemos consultar un mínimo de 9219 familias para garantizar el margen de error pedido.
\square

[nota del autor]

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