Instituto Tecnológico de Aguascalientes.
Ingeniería Industrial
Estadística Inferencial II
Duron López Luz Andrea Flores Reyes Gilberto
Profr. MESC Felipe de Jesús Gándara González
Problemario unidad II.
Aguascalientes, Ags. 4 Octubre 2016.
1. Un fabricante está interesado en la resistencia a la tensión de una fibra sintética. Se sospecha que la resistencia está relacionada con el porcentaje de algodón en la fibra. para investigar esto, se emplean 5 niveles de porcentaje de algodón, y se corren 5 réplicas en orden aleatorio; con ello se obtienen los datos siguientes: Porcentaje de algodón 15 20 25 30 35
1
2
Observaciones 3
7 12 14 19 7
7 17 18 25 10
15 12 18 22 11
4
5
11 18 19 19 15
9 18 19 23 11
a) Los 5 porcentajes de algodón tienen las mismas observaciones con un α=5%.
X=Porcentaje de algodón Y=Resistencia a la tensión Niveles: 5 Replicas: 5 Tabla ANOVA para resistencia por porcentaje algodón Fuente Entre grupos Intra grupos Total (Corr.)
Suma de Cuadrados 475.76 161.2 636.96
Gl 4 20 24
Cuadrado Medio 118.94 8.06
Razón-F 14.76
Valor-P 0.0000
H0:M1=M2=M3=M4=M5 H: MI1≠M2≠M3≠M4≠M5 RECHAZAR Ho si valor –P < a 0.000<0.05 Con un nivel de confianza del 95% y en base a los datos de la tabla ANOVA puedo concluir que rechazo Ho porque el valor de –P de 0.000 si es menor a el valor de a de 0.05, entonces la resistencia si varía, el porcentaje de algodón si afecta a la resistencia.
b) Estime la media general y la media de cada tratamiento. Tabla de Medias para resistencia por porcentaje algodón con intervalos de confianza del 95.0% Error Est. Nivel Casos Media (s agrupada) Límite Inferior Límite Superior 15 5 9.8 1.26965 7.92727 11.6727 20 5 15.4 1.26965 13.5273 17.2727 25 5 17.6 1.26965 15.7273 19.4727 30 5 21.6 1.26965 19.7273 23.4727 35 5 10.8 1.26965 8.92727 12.6727 Total 25 15.04
La media general es de 15.04% Con un nivel de confianza del 95% puedo corroborar con esta tabla, la prueba de hipótesis ya mencionada, que cada tratamiento tiene una resistencia diferente y el porcentaje de algodón si afecta a la resistencia a la tensión.
c) Pruebe todos los pares de medias empleando la prueba de rangos múltiples de Duncan. Nivel 15 35 20 25 30
Método: 95.0 porcentaje Duncan Casos Media Grupos Homogéneos X 5 9.8 X 5 10.8 X 5 15.4 X 5 17.6 X 5 21.6 Contraste Sig. Diferencia 15 - 20 * -5.6 15 - 25 * -7.8 15 - 30 * -11.8 15 - 35 -1.0 20 - 25 -2.2 20 - 30 * -6.2 20 - 35 * 4.6 25 - 30 * -4.0 25 - 35 * 6.8 30 - 35 * 10.8 * indica una diferencia significativa.
Con un nivel de confianza del 95% tengo la certeza para decir que 8 pares de medias de porcentaje de algodón muestran diferencias estadísticamente significativas, ya que me muestra 3 grupos homogéneos diferentes en la prueba de Duncan y de acuerdo al porcentaje de algodón que se tenga se verá afectada la resistencia.
d) Aplique la prueba de Bartlett para probar la igualdad de varianzas de los tratamientos 2
2
2
2
Ho= 1 = 2 = 3 = 4 2
2
2
2
H1≠ 1 ≠ 2 ≠ 3 ≠ 4
Verificación de Varianza Prueba Valor-P de Bartlett 1.05266 0.919766
Rechazar Ho sí a>valor-p Con un nivel de confianza del 95% y con los datos de la tabla puedo asegurar que NO rechazo Ho, porque el valor de a de 0.05 es menor al valor P de 0.919766, o sea que los 3 porcentajes de algodón tienen la misma varianza, los datos son confiables para tomar decisiones .
2. Se estudia la resistencia a la compresión del concreto, así como cuatro técnicas de mezclado diferentes. Del estudio se obtienen los siguientes datos: Técnica de mezclado
Resistencia a la compresión (lb/pulg2)
1
3129
3000
2865
2890
2
3200
3300
2975
3150
3
2800
2900
2985
3050
4
2600
2700
2600
2765
a) Define: Variable de respuesta, Factor (variable independiente), Niveles de factor, Tratamientos y Replicas.
Variable de respuesta: Resistencia a la comprensión Factor (Var. Independiente): Técnica de mezclado Tratamientos: 4 Replicas: 4 H0 (μ1= μ2= μ3= μ4= μ5=): La técnica de mezclado no afecta en la resistencia a la compresión del concreto. H1 (μ1≠ μ2≠ μ3≠ μ4≠ μ5≠): La técnica de mezclado si afec ta a la resistencia a la compresión del concreto Rechazar H0 si Valor-P < α. Tabla ANOVA para Resistencia a la compresión por Técnica de mezclado Fuente
Suma de Cuadrados
Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P
Entre grupos
489740.
3
163247.
Intra grupos
153908.
12
12825.7
Total (Corr.)
643648.
15
12.73
0.0005
Debido al resultado de que Valor-P = 0.0005 < 0.05 es verdadero, rechazo H0 y tomo H1 , por lo cual con un nivel de confianza del 95% llego a la conclusión de que la técnica de mezclado si afecta a la resistencia a la compresión del concreto. b) Estime la media general y la media de cada tratamiento.
Tabla de Medias para Resistencia a la compresión por Técnica de mezclado con intervalos de confianza del 95.0%
Nivel 1 2 3 4 Total
Casos 4 4 4 4 16
Error Est. Media (individual) 2971.0 60.2785 3156.25 67.9882 2933.75 54.1362 2666.25 40.4853 2931.81
Límite Inferior 2779.17 2939.88 2761.46 2537.41
Límite Superior 3162.83 3372.62 3106.04 2795.09
Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia necesaria para reforzar mi toma de decisión en la prueba de hipótesis ya que observo que ciertamente hay una diferencia muy significativa entre las técnicas de mezclado que supera las 100 unidades entre ellas, por lo que sigo afirmando que si afecta la técnica de mezclado. c) Pruebe todos los pares de medias empleando la prueba de rangos múltiples de Duncan. Método: 95.0 porcentaje Duncan Nivel Casos Media Grupos Homogéneos 4 4 2666.25 X 3 4 2933.75 X 1 4 2971.0 X 2 4 3156.25 X Contraste Sig. Diferencia 1-2 * -185.25 1-3 37.25 1-4 * 304.75 2-3 * 222.5 2-4 * 490.0 3-4 * 267.5 * indica una diferencia significativa
. En base a las pruebas de múltiples rango de Duncan puedo observar que existen 5 pares de medias de 6 posibles con una significante diferencia y 3 grupos homogéneos por lo que me reafirma mi rechazo de H0 , por tanto la técnica de mezclado si afecta la resistencia a la compresión del concreto.
d) Aplique la prueba de Bartlett para probar la igualdad de varianzas de los tratamientos.
H0: σ12 = σ22 = σ32 = σ42 (Las cuatro técnicas de mezclado tienen la misma varianza, por lo que mis datos son confiables para la toma de decisiones). H1: σ12 ≠ σ22 ≠ σ32 ≠ σ42 (Las cuatro técnicas de mezclado no tienen la misma varianza). Rechazar H0 si Valor P < α. Verificación de Varianza Prueba Valor-P de 1.0698 0.870475 Bartlett 7 Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia necesaria de que 0.870475 < 0.05 es falso, por lo tanto no rechazo H0 y me quedo con ella, por lo que concluyo que las cuatro técnicas de mezclado tienen la misma varianza, así que mis datos son confiables para tomar decisiones.
3. Se realizó un experimento para determinar el efecto de las burbujas de aire sobre la resistencia del asfalto. Para fines del experimento, las burbujas de aire controlan en tres niveles: bajo (2-4 %), medio (4-6%) y alto (6-8%). Los datos obtenidos aparecen en la siguiente tabla: Burbujas de aire Baja 106 Media 80 Alta 78
Resistencia del asfalto
90 69 80
103 94 62
90 91 69
79 70 76
88 83 85
92 87 69
95 83 85
a) Define: Variable de respuesta, Factor (variable independiente), Niveles de factor, Tratamientos y Replicas.
Y=Resistencia al asfalto X= Nivel de burbujas de aire Replicas: 8 Tratamientos: 3 0 :
μ1= μ2= μ3 la resistencia al asfalto es igual en todos los niveles 1 : μ1≠ μ2≠ μ3 la resistencia al asfalto es diferente en todos los niveles Tabla ANOVA para RESISTENCIA AL ASFALTO por BURBUJAS DE AIRE Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P Entre grupos 1230.25 2 615.125 8.30 0.0022 Intra grupos 1555.75 21 74.0833 Total (Corr.) 2786.0 23
RECHAZAR Ho si el valor P < α 0.0022<0.5 Con un nivel de confianza del 95% y en base a los datos de la tabla ANOVA tengo la evidencia para concluir que rechazo Ho, ya que el valor P de 0.0022 sí es menor al valor de α de 0.05, esto quiere decir que el porcentaje de burbujas de aire sí afecta a la residencia en el asfalto. b) Estime la media general y la media de cada tratamiento. Tabla de Medias para RESISTENCIA AL ASFALTO por BURBUJAS DE AIRE con i ntervalos de confianza del 95.0% Error Est. BURBUJAS DE AIRE Casos Media (s agrupada) Límite Inferior Límite Superior ALTA 8 75.5 3.04309 71.0251 79.9749 BAJA 8 92.875 3.04309 88.4001 97.3499 MEDIA 8 82.125 3.04309 77.6501 86.5999 Total 24 83.5
La media general es de 83.5 de resistencia La media del nivel bajo de burbujas de aire es de 92.875, la del nivel medio de 82.125 y la del alto es de 75.5
Con un nivel de confianza del 95% puedo corroborar con esta tabla que la prueba de hipótesis ya mencionada es correcta, y cada tratamiento tiene resistencia diferente. c) Pruebe todos los pares de medias empleando la prueba de rango múltiple de Duncan con un nivel de a=0.05. Pruebas de Múltiple Rangos para RESISTENCIA AL ASFALTO por BURBUJAS DE AIRE
Método: 95.0 porcentaje Duncan Nivel Casos Media Grupos Homogéneos X ALTA 8 75.5 X MEDIA 8 82.125 X BAJA 8 92.875 Contraste Sig. Diferencia ALTA - BAJA * -17.375 ALTA - MEDIA -6.625 BAJA - MEDIA * 10.75 * indica una diferencia significativa.
Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia para decir que solo dos pares de medias de porcentaje de burbujas de aire muestran una diferencia significativa, ya que me muestra dos grupos homogéneos diferentes en la prueba de Duncan y de acuerdo al nivel de burbujas de aire en el que esté si afectará a la resistencia de asfalto. d) Aplicar la prueba de Bartlett para probar la igualdad de varianzas de tratamientos con α= 0.05 Verificación de Varianza Prueba Valor-P de Bartlett 1.0028 0.972727
RECHAZAR Ho sí α>valor P 0.05>0.9727 Con un nivel de confianza del 95% y con los datos que muestra la tabla de verificación de varianza , se asegura que NO se rechaza Ho, porque el valor de α de 0.05 es menor al valor de P de 0.97, o sea que la varianza de resistencia al asfalto dentro de cada uno de los 3 niveles de burbujas de aire es la misma, los datos son confiables para tomar decisiones.
4. Una fábrica de hilados tiene un gran número de telares. se supone cada telar produce la misma cantidad de prendas por minuto. Para investigar esta hipótesis se escogen al azar cinco telares, y se mide en tiempos distintos la cantidad de prendas que producen. Con ello se obtienen los siguientes datos:
Telar 1 2 3 4 5
Salida ( lbs / min ) 4.0 4.1 3.9 3.8 4.1 4.2 3.6 3.8 3.8 3.6
4.2 3.9 4.1 4.0 3.9
4.0 4.0 4.0 3.9 3.8
4.1 4.0 3.9 3.7 4.0
a) Define: Variable de respuesta, Factor (variable independiente), Niveles de factor, Tratamientos y Replicas.
Variable de respuesta: Cantidad de prendas Factor (Var. Independiente): Telar Tratamientos: 5 Replicas: 5 H0 (μ1= μ2= μ3= μ4= μ5=): El telar NO influye en la cantidad de prendas producidas por minuto. H1 (μ1≠ μ2≠ μ3≠ μ4≠ μ5≠): El telar SI influye en la cantidad de prendas producidas por minuto. Tabla ANOVA para CANTIDAD PRENDAS por TELAR
Fuente
Suma de Cuadrados
Gl
Cuadrado Medio
Razón-F
Valor-P
Entre grupos
0.3416
4
0.0854
5.77
0.0030
Intra grupos
0.296
20
0.0148
Total (Corr.)
0.6376
24
Rechazar H0 si Valor P < α 0.0030 < 0.05 Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia para rechazar H0 puesto que el valor P de la tabla ANOVA de 0.0030 es menor al valor α de 0.05, por lo que el telar si influye en la cantidad de prendas producidas por minuto.
b) Estime la media general y la media de cada tratamiento. Tabla de Medias para CANTIDAD PRENDAS por TELAR con intervalos de confianza del 95.0%
Error Est. TELAR
Casos
Media
(s agrupada)
Límite Inferior
Límite Superior
1
5
4.08
0.0544059
3.99975
4.16025
2
5
3.92
0.0544059
3.83975
4.00025
3
5
4.06
0.0544059
3.97975
4.14025
4
5
3.8
0.0544059
3.71975
3.88025
5
5
3.82
0.0544059
3.73975
3.90025
Total
25
3.936
Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia para reforzar la toma de decisión hecha anteriormente en la tabla ANOVA de rechazar H0, ya que en la tabla de medias puedo observar que efectivamente el telar influye en la cantidad de prendas producidas.
c) Pruebe todos los pares de medias empleando la prueba de rango múltiple de Duncan con un nivel de a=0.05. Pruebas de Múltiple Rangos para CANTIDAD PRENDAS por TELAR
Método: 95.0 porcentaje Duncan TELAR Casos Media
Grupos Homogéneos
4
5
3.8
X
5
5
3.82
X
2
5
3.92
XX
3
5
4.06
X
1
5
4.08
X
Contraste
Sig.
Diferencia
1-2
0.16
1-3
0.02
1-4
*
0.28
1-5
*
0.26
2-3
-0.14
2-4
0.12
2-5
0.1
3-4
*
0.26
3-5
*
0.24
4-5
-0.02
* indica una diferencia significativa.
Con un nivel de confianza del 95% y realizando la prueba de múltiples rangos de Duncan, tengo la evidencia necesaria para afirmar que las medias de los telares son distintas con 2 grupos homogéneos, y en la comparación entre sus medias se tienen 4 diferencias significativas. Por lo que el telar si influye en la cantidad de prendas producidas por minuto. d) Aplicar la prueba de Bartlett para probar la igualdad de varianzas de tratamientos con α= 0.05
H0: σ2 1 = σ22 = σ2 3 =σ2 4=σ2 5:(Los telares tienen la misma varianza, por lo que los datos son confiables para tomar decisiones) H1: σ2 1 ≠ σ2 2 ≠ σ2 3 ≠ σ2 4≠σ25: (Los telares no tienen la misma varianza, por lo que los datos no son confiables para tomar decisiones) Rechazar H0 si Valor P < α 0.6323 < 0.05 Verificación de Varianza Prueba
Valor-P
de Bartlett
0.632342
1.15176
Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia para no rechazar H0, ya que el valor α de0.05 es menor al Valor P de la prueba de Bartlett de 0.6323 por lo que los telares tienen la misma varianza y por lo tanto los datos son confiables para la toma de decisiones.
5. Se realizó un experimento para investigar la deposición del vapor de polisilicio a baja presión. El experimento se realizó en un reactor de gran capacidad de Sematech, en Austin, Texas. El reactor tiene varias posiciones para las pastillas, y se eligieron al azar cuatro de ellas. La variable de respuesta es la uniformidad en el espesor de la película. Se efectuaron tres réplicas del experimento, y se obtuvieron los datos siguientes: Posición de pastilla
1 2 3 4
Uniformidad
2.76 1.43 2.34 0.94
5.67 1.70 1.97 1.36
4.49 2.19 1.47 1.65
a) Define: Variable de respuesta, Factor (variable independiente), Niveles de factor, Tratamientos y Replicas. X= la posición de la pastilla Y= la uniformidad en el espesor de la película
Replicas: 3 Nivel de factor:4 0 :
μ1= μ2= μ3= μ4 la uniformidad en el espesor de la película es igual en todos lo niveles 1 :
μ1≠ μ2≠ μ3 ≠ μ4 la uniformidad en el espesor de la película es igual en todos lo niveles Tabla ANOVA para UNIFORMIDAD por POSICION DE LA PASTILLA Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P Entre grupos 16.2198 3 5.40661 8.29 0.0077 Intra grupos 5.21747 8 0.652183 Total (Corr.) 21.4373 11
RECHAZAR Ho si el valor P < α 0.0077<0.5 Con un nivel de confianza del 95% tengo la certeza para afirmar Ho ya que el valor de P de 0.007 sí es menor al valor de alfa de 0.05, quiere decir que la posición en la que estpe la pastilla si afectará a la uniformidad en el espesor de la pelicula. b) Estime la media general y la media de cada tratamiento. Tabla de Medias para UNIFORMIDAD por POSICION DE LA PASTILLA con intervalos de confianza del 95.0% Error Est. Nivel Casos Media (s agrupada) Límite Inferior Límite Superior
1 2 3 4 Total
3 3 3 3 12
4.30667 1.77333 1.92667 1.31667 2.33083
0.466256 0.466256 0.466256 0.466256
3.54639 1.01306 1.16639 0.556392
5.06694 2.53361 2.68694 2.07694
La media general es de 2.33083 de uniformidad Con un nivel de confianza del 95% y con los datos de la tabla de medias puedo corroborar la prueba de hipótesis H1, quiere decir que cada tratamiento tiene uniformidad diferente. c) Pruebe todos los pares de medias empleando la prueba de rango múltiple de Duncan con un nivel de a=0.05. Pruebas de Múltiple Rangos para UNIFORMIDAD por POSICION DE LA PASTILLA
Nivel 4 2 3 1
Método: 95.0 porcentaje Duncan Casos Media Grupos Homogéneos X 3 1.31667 X 3 1.77333 X 3 1.92667 X 3 4.30667 Contraste Sig. Diferencia 1-2 * 2.53333 1-3 * 2.38 1-4 * 2.99 2-3 -0.153333 2-4 0.456667 3-4 0.61 * indica una diferencia significativa.
Con un nivel de confianza del 95% se tiene la evidencia para decir que tres pares de medias en la posición de la pastilla muestran una diferencia significativa, también se muestra dos grupos homogéneos diferentes en la prueba de Duncan y de acuerdo a la posición en la esté la pastilla se verá afectada la uniformidad de espesor en la película. d) Aplicar la prueba de Bartlett para probar la igualdad de varianzas de tratamientos con α= 0.05 Verificación de Varianza Prueba Valor-P de Bartlett 2.19988 0.15639
Rechazar Ho si α > valor –P 0.05>0.15639 Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia para decir que NO rechazo Ho, ya que el valor de alfa de 0.05 es menor que el valor de P de 0.15639, quiere decir que la varianza de la uniformidad dentro de cada uno de los 4 niveles de la posición de la pastilla es la misma, los datos son confiables para tomar decisiones.
6. Se realizó un experimento para investigar los efectos de cuatro blanqueadores químicos sobre la brillantez de la pulpa. Estos blanqueadores se escogen al azar de una población muy grande de sustancias blanqueadoras. Los datos son los siguientes:
Sustancia química 1 2 3 4
Bri llantez de la pulpa 77.199 74.466 80.522 79.306 79.417 78.017 78.001 78.358
92.746 81.914 91.596 77.544
76.208 80.346 80.802 77.364
82.876 73.385 80.626 77.386
a) Define: Variable de respuesta, Factor (variable independiente), Niveles de factor, Tratamientos y Replicas
Variable de respuesta: Brillantez de la pulpa Factor (Var. Independiente): Sustancia química blanqueadora Tratamientos: 4 Replicas: 5 H0 (μ1= μ2= μ3= μ4= μ5=): La sustancia química blanqueadora NO influye en la brillantez de la pulpa H1 (μ1≠ μ2≠ μ3≠ μ4≠ μ5≠): =): La sustancia química blanqueadora SI influye en la brillantez de la pulpa . Tabla ANOVA para brillantes de pulpa por sustancia química Fuente
Suma de Cuadrados
Gl
Cuadrado Medio
Razón-F
Valor-P
Entre grupos
53.9821
3
17.994
0.75
0.5383
Intra grupos
383.991
16
23.9994
Total (Corr.)
437.973
19
Rechazar Ho si Valor P < α 0.5383 < 0.05 Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia para no rechazar H0 puesto que el valor P de la tabla ANOVA de 0.5383 es mayor al valor α de 0.05, por lo que la sustancia química blanqueadora no influye en la brillantez de la pulpa. b) Estime la media general y la media de cada tratamiento. Tabla de Medias para brillantes de pulpa por sustancia química con intervalos de confianza del 95.0%
Error Est. sustancia química
Casos
Media
(s agrupada)
Límite Inferior
Límite Superior
1
5
80.699
2.19086
77.4149
83.9831
2
5
79.0946
2.19086
75.8105
82.3787
3
5
82.0916
2.19086
78.8075
85.3757
4
5
77.7306
2.19086
74.4465
81.0147
Total
20
79.9039
Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia para reforzar la toma de decisión hecha anteriormente en la tabla ANOVA de no rechazar H0, ya que en la tabla de medias puedo observar que efectivamente no existe una diferencia significativa entre las medias por lo que la sustancia blanqueadora no afecta en la brillantez de la pulpa. c) Pruebe todos los pares de medias empleando la prueba de rango múltiple de Duncan con un nivel de a=0.05.
Pruebas de Múltiple Rangos para brillantez pulpa por sustancia quimica
Método: 95.0 porcentaje Duncan Nivel Casos Media Grupos Homogéneos 4
5
77.7306
X
2
5
79.0946
X
1
5
80.699
X
3
5
82.0916
X
Contraste
Sig.
Diferencia
1-2
1.6044
1-3
-1.3926
1-4
2.9684
2-3
-2.997
2-4
1.364
3-4
4.361
* indica una diferencia significativa.
Con un nivel de confianza del 95% y realizando la prueba de múltiples rangos de Duncan, tengo la evidencia necesaria para afirmar que no existen diferencias significativas entre las medias de la sustancia blanqueadora, solo se tiene un grupo homogéneo, y en la comparación entre sus medias no se tienen diferencias significativas. Por lo que la sustancia blanqueadora no influye en la brillantez de la pulpa.
d) Aplicar la prueba de Bartlett para probar la igualdad de varianzas de tratamientos con α= 0.05
. H0: σ2 1 = σ2 2 = σ2 3 =σ2 4:(Las sustancias blanqueadoras tienen la misma varianza, por lo que los datos son confiables para tomar decisiones) H1: σ2 1 ≠ σ2 2 ≠ σ2 3 ≠ σ2 4: (Las sustancias blanqueadoras no tienen la misma varianza, por lo que los datos no son confiables para tomar decisiones) Rechazar H0 si Valor P < α 0.0008 < 0.05 Verificación de Varianza Prueba Valor-P
de Bartlett
3.14357
0.000855292
Con un nivel de confianza del 95% tengo la evidencia para rechazar H0, ya que el valor α de 0.05 es mayor al Valor P de la prueba de Bartlett de 0.0008 por lo que las sustancias químicas tienen la misma varianza y por lo tanto los datos no son confiables para la toma de decisiones.