variável aleatória (v.a.)
Ilustra-se o conceito de variável aleatória através de exemplos:
X = «número de dias em que choveu na cidade de Aveiro ao longo de um ano»;
X = «comprimento de um robalo (Dicentrarchus labrax) pescado na costa portuguesa»;
X = 0 ou 1 (0 se é macho; 1 se é fêmea);
X = 0 ou 1 (0 se não chove num dia; 1 se chove num dia).
Uma variável aleatória é sempre descrita por um número obtido de uma escala contínua ou discreta.
variável aleatória e concretização
Uma variável aleatória, designada habitualmente pela letra maiúscula X, designa um número real (na escala discreta ou contínua) que mede algo de um indivíduo, objeto ou elemento:
- se o indivíduo é um robalo então várias v.a. podem ser medidas:
X = «peso de um robalo»
X = «comprimento de um robalo»
- se o elemento é um dia, do ano civil, então várias v.a. podem ser medidas:
X = 0 «se não chove num dia»; 1 «se chove num dia»;
X = «precipitação (mm) em duas horas»
X = «duração total de periodos de sol em um dia».
- se o objeto é uma peça de fruta, então várias v.a. podem ser medidas:
X = 0 «se a cor não é amarela»; 1 «se a cor é amarela»;
X = «peso de uma peça de fruta»;
Consideremos agora concretizações efetivas das v.a., usando a letra minúscula x:
- do robalo capturado, e devolvido ao mar, observou-se:
x = 1.5Kg de peso;
x = 55cm de comprimento ;
- no dia 2/março/2020, foi observado que
x = 1 (isto é, choveu);
x = 2mm (em duas horas);
x = 6hr.
- considerando a laranja que tenho na mão:
x = 0 (a cor não é amarela);
x = 150gr.
definição formal
Apresenta-se uma definição um pouco mais formal.
Seja \(\Omega\) um conjunto de elementos designados por \(\omega\). O conjunto \(\Omega\) também se designa de universo ou espaço dos possíveis.
Exemplo:
O conjunto \(\Omega\) é a coleção de cartas: «Ás», «Rei», «Dama», «Valete», «10», «9», etc, «2» para cada um dos naipes. Este conjunto \(\Omega\) tem 52 elementos em que um deles é \(\omega=\) «Ás de paus». (Ver jogo da Sueca.)
Uma variável aleatória, \(X\), é uma função com domínio \(\Omega\) e com contradomínio nos números reais \(R\). Assim, \(X\) associa um número real \(x\) a um elemento \(\omega\).
Exemplo:
\(X\) = valor da carta retirada à sorte de uma baralho completo de 52 cartas.
Veja outra imagem mais detalhada aqui.
Continuação do exemplo:
No citado jogo da Sueca costuma-se fazer esta atribuição: os «Áses» valem 11 pontos, os «Setes» valem 10 pontos, os «Reis» valem 4 pontos, os «Damas» três e os «Valetes» apenas dois pontos. As restantes cartas (palha) valem 0 pontos. Os diferentes valores reais são 11, 10, 4, 3, 2 e 0.
\(X\) toma valores em \(\{0,2,3,4,10,11\}\), isto é, o contra domínio de \(X\) é \(\{0,2,3,4,10,11\}\).
A probabilidade de ocorrer um intervalo real é igual à probabilidade dos acontecimentos que lhe deram origem:
no exemplo: se ocorre o intervalo \([4,\,11]\) então pode ter saído qualquer «Ás», qualquer «Sete» ou, ainda, qualquer «Rei».
representações de uma v.a.
Para representar uma v.a. usam-se as letra maiúsculas \(X\) ou \(Y\). Também, mas menos frequentemente, usam-se as letras maiúsculas \(T\), \(V\), \(W\), \(Z\) ou outras.
Uma amostra aleatória é uma coleção de n variáveis aleatórias designadas por: \(X_1,\, X_2,\, X_3,\, \ldots,\, X_n\).
Dica
Nos problemas estudados deve sempre começar por se identificar as variáveis aleatórias em estudo, nesta forma:
X = valor de uma carta retirada à sorte de uma baralho completo de 52 cartas
Uma experiência resulta num elemento observado de uma conjunto maior. Uma v.a. resulta em um número real associado a esse elemento observado.
As concretizações das v.a. denotam-se pelas respectivas letras minúsculas (\(x,y,t,v,w,z\)) sendo que estas representam números reais concretos.
Dica
x = valor do ás de espadas = 11 pontos.
exemplos
Dois exemplos conhecidos da comunidade de Bioestatística em Aveiro são
\(X=\) «índice de salinidade de um canal da Ria de Aveiro»
trata-se de uma v.a. contínua
\(X=\) «número de golfinhos mortos em redes de pesca num ano ao redor de Aveiro» ([golfinhos1], [golfinhos2])
trata-se de uma v.a. discreta
A definição de uma v.a. é feita de forma abstrata: «de um canal» ou «num ano», sem especificar qual o objeto concreto. Os exemplos, não indicam qual o canal da ria ou qual o ano.
Se concretizarmos o canal da ria ou o ano então teremos uma concretização, e utiliza-se letra minúscula x:
\(x=35g/kg\) (salinidade em g/kg);
\(x=20\) golfinhos capturados em 2011.
notação \(X=x\)
Dois exemplos habituais de notação são:
\(X=x\)
\(a \le X \le b\)
A notação \(X=x\) representa a afirmação:
No exemplo das cartas,
\(X=11\) representa o evento de que um qualquer «Ás» tenha ocorrido: {Ás de paus, Ás de espadas, Ás de copas, Ás de ouros}.
As palavras evento, ou acontecimento, têm o significado comum e representam um ou mais elementos \(\omega\) de um universo \(\Omega\).
Ainda no mesmo exemplo,
se \(4 \le X \le 11\) significa que pode ter saído qualquer «Ás», qualquer «Sete», ou ainda, qualquer «Rei» (um total de 12 cartas possíveis).
referências
Disparam as mortes de golfinhos portugueses em perigo de extinção Diário de Notícias (online), 11 Julho 2018.
Pelo menos um golfinho morre por dia em Portugal nas redes de pesca domingo, 01 março 2020.