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ACTUALIZACIÓN TECNOLÓGICA TRIOLA ACTUALIZACIÓN TECNOLÓGICA ESTADÍSTICA MARIO F. TRIOLA DECIMOPRIMERA EDICIÓN ACTUALIZACIÓN TECNOLÓGICA La estadística tiene un sinnúmero de aplicaciones que van desde los sondeos de opinión, hasta los ensayos clínicos en medicina. De hecho, la estadística influye y da...

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ACTUALIZACIÓN TECNOLÓGICA

ESTADÍSTICA MARIO F. TRIOLA

DECIMOPRIMERA EDICIÓN

TRIOLA

ACTUALIZACIÓN TECNOLÓGICA

ACTUALIZACIÓN TECNOLÓGICA

La estadística tiene un sinnúmero de aplicaciones que van desde los sondeos de opinión, hasta los ensayos clínicos en medicina. De hecho, la estadística influye y da forma al mundo que nos rodea.

Esta decimoprimera edición: • Presenta conjuntos de datos, ejemplos y ejercicios nuevos e interesantes. • Fomenta el crecimiento personal de los estudiantes mediante el pensamiento crítico, el uso de la tecnología, el trabajo colaborativo y el desarrollo de las habilidades de comunicación. • Incorpora los mejores y más recientes métodos utilizados por los profesionales de la estadística. • Ofrece un vasto conjunto de complementos para mejorar la enseñanza y el aprendizaje, como: ♦

STATDISK, un extenso paquete de cómputo estadístico, diseñado específicamente para este libro.

♦

Programas actualizados para la serie de calculadoras TI-83/84 Plus.

♦

Videos que presentan las tecnologías del futuro mencionadas a lo largo del libro y el desarrollo de las soluciones de los ejercicios de repaso.

♦

Actualizaciones para Minitab 16, el cual permite abrir nuevas aplicaciones como Graphical Analysis, Hypothesis Tests, Regression y Control Charts.

♦

Referencias a Excel 2010 cuando difieren las versiones de Excel 2003 y Excel 2007.

ESTADÍSTICA

El reconocido título Estadística de Mario F. Triola ilustra la relación que existe entre esta disciplina y las múltiples aplicaciones reales que dan vida a una teoría abstracta. La obra está dirigida a estudiantes de cualquier carrera que hayan cursado al menos una materia de álgebra elemental en el bachillerato o en la universidad.

ESTADÍSTICA MARIO F. TRIOLA

Estos recursos complementarios pueden descargarse del sitio Web

www.pearsonenespañol.com/triola

DECIMOPRIMERA EDICIÓN ISBN 978-607-32-1768-2

DECIMOPRIMERA EDICIÓN Visítenos en: www.pearsonenespañol.com

ERRNVPHGLFRVRUJ ESTADÍSTICA MARIO F. TRIOLA DECIMOPRIMERA EDICIÓN Traducción: Leticia Pineda Ayala Traductora especialista en Estadística

Revisión técnica: Linda Margarita Medina Herrera

Francisco Alberto Piña Salazar

Departamento de Física y Matemáticas Escuela de Diseño, Ingeniería y Arquitectura Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Ciudad de México, México

Facultad de Contaduría y Administración Universidad Nacional Autónoma de México, México

José Pablo Torres Morán

Ernesto Peláez García

Departamento de Bioestadística Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias (CUCBA) Universidad de Guadalajara, México

Departamento de Matemáticas y Estadística Universidad ICESI - Cali, Colombia

Irma L. Morales Vargas

José F. Candelaria

Departamento de Ciencias y Tecnología Universidad Interamericana Recinto Fajardo, Puerto Rico

Departamento de Matemáticas Universidad de Puerto Rico Recinto Arecibo, Puerto Rico

Datos de catalogación bibliográfica TRIOLA, MARIO F. Estadística Decimoprimera edición PEARSON EDUCACIÓN, México, 2013 ISBN: 978-607-32-1768-2 Área: Matemáticas Formato: 21.5 3 27.5 cm

Páginas: 888

Authorized translation from the English language edition, entitled Elementary statistics, technology update, 11th edition, by Mario F. Triola, published by Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Copyright © 2012 All rights reserved. ISBN 9780321694508 Traducción autorizada de la edición en idioma inglés, titulada Elementary statistics, technology update, 11ª edición, por Mario F. Triola, publicada por Pearson Education, Inc., como Pearson Copyright © 2012. Todos los derechos reservados. Esta edición en español es la única autorizada. Edición en español Dirección general: Dirección Educación Superior: Editora sponsor: Editor de desarrollo: Supervisor de Producción: Gerencia Editorial Educación Superior Latinoamérica:

Philip De la Vega Mario Contreras Gabriela López Ballesteros e-mail: [email protected] Felipe Hernández Carrasco Rodrigo Romero Villalobos Marisa de Anta

DECIMOPRIMERA EDICIÓN, 2013 D.R. © 2013 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V. Atlacomulco 500-5o. piso Col. Industrial Atoto 53519, Naucalpan de Juárez, Estado de México

Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. núm. 1031.

Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor. El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus representantes.

ISBN VERSIÓN IMPRESA: 978-607-32-1768-2 ISBN VERSIÓN E-BOOK: 978-607-32-1769-9 ISBN E-CHAPTER: 978-607-32-1770-5 Impreso en México. Printed in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 15 14 13 12

Para Ginny Marc, Dushana y Marisa Scott, Anna, Siena y Kaia

Mario F. Triola es profesor emérito de matemáticas en el Dutchess Commu-

Acerca del autor

nity College, donde ha impartido la cátedra de estadística durante más de 30 años. Marty es autor de las obras Essentials of Statistics, 4a. edición; Elementary Statistics Using Excel, 4a. edición; Elementary Statistics Using the TI-83/84 Plus Calculator, 3a. edición; también es coautor de los libros Biostatistics for the Biological and Health Sciences; Statistical Reasoning for Everyday Life, 3a. edición; Business Statistics y de Introduction to Technical Mathematics, 5a. edición. Estadística está disponible actualmente en una edición internacional y se ha traducido a varios idiomas. Marty diseñó el programa de cómputo original STATDISK, y ha escrito diversos manuales y libros de trabajo para educación en estadística basada en tecnología. Ha sido orador en muchas conferencias y universidades. Su trabajo de consultoría incluye el diseño de cañas de pescar y de máquinas tragamonedas para casinos; ha colaborado con abogados en la determinación de probabilidades en casos de demandas de paternidad, en la identificación de desigualdades salariales entre géneros y en el análisis de resultados de elecciones en disputa. También ha utilizado los métodos estadísticos para analizar datos médicos, encuestas de escuelas de medicina y resultados de encuestas para las autoridades de tránsito de la ciudad de Nueva York. Por otro lado, fungió como testigo experto en la Suprema Corte del estado de Nueva York. La Text and Academic Authors Association otorgó a Mario F. Triola un premio de excelencia por su trabajo en el libro Estadística.

v

Contenido abreviado 1

Introducción a la estadística

2

Resumen y gráficas de datos

3

Estadísticos para describir, explorar y comparar datos

4

Probabilidad

5

Distribuciones de probabilidad discreta

6

Distribuciones de probabilidad normal

7

Estimaciones y tamaño de la muestra

8

Prueba de hipótesis

9

Inferencias a partir de dos muestras

10

2 44

136 202 248 326

390

Correlación y regresión

460

516

11

Bondad de ajuste y tablas de contingencia

12

Análisis de varianza

13

Estadística no paramétrica

14

Control estadístico de procesos

15

Proyectos, procedimientos y perspectivas

Apéndices

82

584

626 660 714 742

747

Apéndice A: Tablas

748

Apéndice B: Conjuntos de datos

765

Apéndice C: Bibliografía y sitios Web

794

Apéndice D: Soluciones de los ejercicios con numeración impar y de todos los ejercicios de las secciones “Conocimientos estadísticos y pensamiento crítico” (al final de cada capítulo), de los exámenes rápidos y de los ejercicios de repaso 795

Créditos Índice

843 845

vii

Contenido Capítulo 1

Capítulo 2

Capítulo 3

Capítulo 4

Capítulo 5

Introducción a la estadística

2

1-1

Repaso y preámbulo

4

1-2

Pensamiento estadístico

1-3

Tipos de datos

1-4

Pensamiento crítico

1-5

Recolección de datos muestrales

4

11 17

Resumen y gráficas de datos

26

44

2-1

Repaso y preámbulo

46

2-2

Distribuciones de frecuencias

2-3

Histogramas

2-4

Gráficas estadísticas

2-5

Pensamiento crítico: gráficas inadecuadas

46

55 59 70

Estadísticos para describir, explorar y comparar datos 82 3-1

Repaso y preámbulo

3-2

Medidas de tendencia central

3-3

Medidas de variación

3-4

Medidas de posición relativa y gráficas de caja

Probabilidad

84 84

99 114

136

4-1

Repaso y preámbulo

138

4-2

Conceptos básicos de probabilidad

4-3

Regla de la suma

4-4

Regla de la multiplicación: fundamentos

4-5

Regla de la multiplicación: complementos y probabilidad condicional 171

4-6

Probabilidades por medio de simulaciones

4-7

Conteo

4-8

Teorema de Bayes (en www.pearsonenespañol.com/triola)

138

152 159

178

184

Distribuciones de probabilidad discreta

193

202

5-1

Repaso y preámbulo

5-2

Variables aleatorias

204

5-3

Distribuciones de probabilidad binomial

5-4

Media, varianza y desviación estándar para la distribución binomial 229

5-5

Distribuciones de probabilidad de Poisson

205 218

234

ix

Capítulo 6

Capítulo 7

Capítulo 8

Capítulo 9

Capítulo 10

Distribuciones de probabilidad normal Repaso y preámbulo

6-2

Distribución normal estándar

6-3

Aplicaciones de las distribuciones normales

6-4

Distribuciones muestrales y estimadores

6-5

Teorema del límite central

6-6

La distribución normal como aproximación de la distribución binomial 299

6-7

Evaluación de la normalidad

250 251 276

309

326

7-1

Repaso y preámbulo

7-2

Estimación de la proporción de una población

7-3

Estimación de la media poblacional: s conocida

7-4

Estimación de la media poblacional: s desconocida

7-5

Estimación de la varianza poblacional

Prueba de hipótesis

328 328 345

370

390

8-1

Repaso y preámbulo

8-2

Fundamentos de la prueba de hipótesis

8-3

Prueba de una afirmación respecto de una proporción 412

8-4

Prueba de una afirmación respecto de una media: s conocida 425

8-5

Prueba de una afirmación respecto de una media: s desconocida 432

8-6

Prueba de una afirmación respecto de una desviación estándar o de una varianza 443

392

Inferencias a partir de dos muestras

393

460

9-1

Repaso y preámbulo

9-2

Inferencias acerca de dos proporciones

9-3

Inferencias acerca de dos medias: muestras independientes 473

9-4

Inferencias a partir de muestras dependientes

487

9-5

Comparación de la variación en dos muestras

497

462

Correlación y regresión Repaso y preámbulo

10-2 Correlación 10-3 Regresión

462

516 518

518 536

10-4 Variación e intervalos de predicción 10-5 Regresión múltiple

551

560

10-6 Elaboración de modelos

x

264

287

Estimaciones y tamaño de la muestra

10-1

Capítulo 11

248

6-1

570

Bondad de ajuste y tablas de contingencia 11-1

Repaso y preámbulo

11-2

Bondad de ajuste

586

11-3

Tablas de contingencia

11-4

Prueba de McNemar para datos pareados

586 598 611

584

355

Capítulo 12

Capítulo 13

Capítulo 14

Capítulo 15

Análisis de varianza

626

12-1

Repaso y preámbulo

628

12-2

ANOVA de un factor

628

12-3

ANOVA de dos factores

642

Estadística no paramétrica

660

13-1

Repaso y preámbulo

13-2

Prueba del signo

662

13-3

Prueba de rangos con signo de Wilcoxon para datos pareados

13-4

Prueba de la suma de rangos de Wilcoxon para dos muestras independientes 680

13-5

Prueba de Kruskal-Wallis

13-6

Correlación de rangos

13-7

Prueba de rachas para detectar aleatoriedad

663

686 691

Control estadístico de procesos Repaso y preámbulo

14-2

Gráficas de control para la variación y la media

14-3

Gráficas de control para atributos

716

15-2

Procedimientos

15-3

Perspectivas

Apéndices

716

728

Proyectos, procedimientos y perspectivas Proyectos

699

714

14-1

15-1

674

742

742 744

745

747

Apéndice A: Tablas

748

Apéndice B: Conjuntos de datos

765

Apéndice C: Bibliografía y sitios Web

794

Apéndice D: Soluciones de los ejercicios con numeración impar y de todos los ejercicios de las secciones “Conocimientos estadísticos y pensamiento crítico” (al final de cada capítulo), de los exámenes rápidos y de los ejercicios de repaso 795

Créditos 843 Índice 845

xi

Acerca de esta actualización tecnológica Desde la primera impresión de Estadística, decimoprimera edición, han ocurrido avances tecnológicos importantes. Aunque esta actualización tecnológica incluye los mismos ejemplos, ejercicios y contenido estadístico que la decimoprimera edición original, también incluye actualizaciones que reflejan los siguientes cambios en la tecnología. STATDISK es un extenso paquete de cómputo estadístico, diseñado específicamente para este libro, y se incluye sin ningún costo con la compra del mismo. La impresión original de la decimoprimera edición de Estadística se basó en la versión 11.0 de STATDISK, pero la versión 11.5 incluye importantes mejoras. Esta versión actualizada de STATDISK puede descargarse del sitio Web. (Visite el sitio Web www.pearsonenespañol.com/triola, donde encontrará la versión más reciente de STATDISK). Esta actualización tecnológica contiene cambios que reflejan las características del programa. Calculadoras TI-83/84 Plus En el sitio Web que complementa este libro se encuentran programas actualizados para la serie de calculadoras TI- 83/84 Plus. Se eliminaron algunos programas que estaban incluidos en la edición original de Estadística y se agregaron nuevas aplicaciones. Asimismo, las páginas correspondientes en el libro se editaron para referirse a los programas actualizados. Videos En la página Web se presentan las tecnologías del futuro mencionadas a lo largo del libro y ejercicios de repaso resueltos. Este es un recurso excelente para los estudiantes que no puedan asistir a una clase o que desean repasar un tema. También es una excelente herramienta para los profesores que imparten enseñanza a distancia, para quienes estudian por su cuenta o cursan programas personalizados. Minitab 16 La decimoprimera edición original del libro se basó en la versión 15 de Minitab. En esta edición se incluyen actualizaciones para la nueva versión 16 de Minitab. Entre otras mejoras, Minitab 16 incluye el nuevo elemento Assistant en el menú, el cual permite abrir nuevas aplicaciones como Graphical Analysis, Hypothesis Tests, Regression y Control Charts. Con estas opciones, el usuario recibe más ayuda para seleccionar el procedimiento o la opción correctos, y la presentación de los resultados finales es mucho más amplia. Excel 2010 En la edición original de Estadística se hacía referencia a Excel 2003 y a Excel 2007, ya que Excel 2010 salió a la venta en junio de 2010. Esta edición del libro incluye referencias a Excel 2010 cuando hay diferencias con respecto a las versiones anteriores. Los conjuntos de datos para Excel que se encuentran en el sitio Web también funcionan con Excel 2010.

xii

Prefacio

L

a estadística tiene un sinnúmero de aplicaciones que van desde los sondeos de opinión hasta los ensayos clínicos en medicina. De hecho, la estadística influye y da forma al mundo que nos rodea. La presente obra ilustra la relación que existe entre la estadística de nuestro mundo y una variedad de aplicaciones reales que dan vida a una teoría abstracta. La decimoprimera edición tiene varias metas: • Presentar conjuntos de datos, ejemplos y ejercicios nuevos e interesantes. • Fomentar el crecimiento personal de los estudiantes a través del pensamiento crítico, el uso de la tecnología, el trabajo colaborativo y el desarrollo de las habilidades de comunicación. • Incorporar los mejores y más recientes métodos utilizados por los profesionales de la estadística. • Incluir información que ayude de manera personal a los estudiantes, como la referente a los mejores métodos para conseguir empleo y la importancia de evitar errores en el currículo. • Ofrecer un vasto conjunto de complementos para mejorar la enseñanza y el aprendizaje. Este libro refleja las recomendaciones de la American Statistical Association y sus Pautas para la evaluación de la instrucción de la educación en estadística (Guidelines for Assessment and Instruction in Statistics Education, GAISE). Dichos lineamientos sugieren los siguientes objetivos y estrategias. 1. Hacer énfasis en la adquisición de conocimientos estadísticos y el ...