martes, 17 de marzo de 2015

Cálculos estadísticos con la ayuda de una calculadora científica básica ( artículo escrito en catalán )

Quan fem servir la calculadora científica per fer estadística observarem que una de les funcions predefinides de la màquina correspon a una tecla amb la grafia $\sum\,x^2$. Per què serveix aquesta tecla ? - hem preguntem alguns alumnes quan encara no hi estan prou avesats -. Bé, aquesta tecla serveix - havent entrat cada valor de la variable estadística $X$ - per calcular la variància de la varible estadística X fent ús de la propietat
$V_x = \frac{1}{n}\sum\,x^2 -\big(\frac{1}{n\,}\sum\,x\big)^2$
( on $n$ és el nombre de valors de $X$ )
la qual es demostra a partir de la definició de variància (mitjana aritmètica de les desviacions al quadrat del conjunt de valor de X respecte de la mitjan aritmètica). Calcular la variància fent ús de la propietat esmentada és molt més eficient a efectes de càlcul que no pas fer ús de la definició.


Recordem que la desviació estàndard es igual a l'arrel quadrada de la variància. També podem conèixer-la fent ús de la calculadora, de forma directa, prement la tecla que porta la grafia $\sigma_n$ (si treballem amb la població) o bé $\sigma_{n-1}$ (si treballem amb una mostra de la poblacio).


No obstant això, pot ser interessant conèixer el valor de la suma dels quadrats del valors de $X$ amb altres finalitats. Per exemple, quan resolem un problema de regressió lineal de $Y$ sobre $X$, per calcular el pendent de la recta de regressió lineal que és igual a la la raó entre la covariància de les variables $X$ i $Y$ i la la variància de la distribució marginal de $X$ (havent calculat la covariància amb l'ajut d'una taula de valors).


Per altra banda, alguns models de calculadores científiques més senzilles (els antics models de la C. fx82 del segle passat) permeten també fer càlculs elementals de correlació lineal entre variables; per això, cal fer ús de la tecla $\sum\,xy$, la qual serveix per calcular la covariància
$C(X,Y) = \frac{1}{n}\,\sum\,xy - \big(\frac{1}{n}\,\sum\,x \big) \cdot \big(\frac{1}{n}\,\sum\,y \big)$
Val a dir que els models de calculadores científiques elementals actuals, com ara la C. fx 82 MS, permeten calcular els coeficients de la recta de regressió lineal entre les variables $X$ i $Y$ d'una forma molt còmoda i directa (que no pas en en el cas dels models antics de la mateixa màquina): s'obté fàcilment (amb la pulsació de la tecla corresponent): el pendent, l'ordenada a l'origen i el coeficient de correlació lineal o de Pearson.


Fent ús dels models moderns de les calculadores científiques bàsiques (C. fx 82 xx ), també podem consultar sobre el valor de les sumes esmentades, sobre la distribució conjunta i les d. marginals. I, a més, també és possible treballar amb altres patrons de correlació (models: potencial, exponencial, logarítmica ...). Aquest model bàsic, o bé d'altres equivalents (d'aquesta o d'altres marques) és permès als exàmens de les PAU i als exàmens de les assignatures de primer cicle de moltes llicenciatures i diplomatures; no és així amb d'altres models, més avançats de calculadores científiques (calculadores gràfiques o bé calculadores programables).


Les modernes calculadores científiques (tot i tractant-se dels models bàsics) permeten entrar el valor i la freqüència corresponent en una taula de freqüències que apareix a la pantalla, fent estalvi de l'antic procediment (antigues calculadores fx 82) consistent a suma de forma acumulada fent <"valor" ; "freqüència"> M+ (havent ordenat prèviament els valors de $X$ en una taula de freqüències amb llapis i paper.


Aquest utilitat (taules de freqüències en pantalla) ens permet també fer servir les funcions estadístiques per fer càlculs de variable aleatòria discreta (Batxillerat). Per tant, podrem calcular l'esperança matemàtica (o valor esperat) i la variància de la v.a. discreta X fent servir les mateixes tecles emprades per resoldre problemes d'estadística descriptiva d'una variable estadística.


Les calculadores que incorporen mòduls de càlcul simbòlic no es permeten actualment als exàmens de les PAU i tampoc als exàmens de les matèries de primer curs de molts estudis de grau (universitat); ara bé, el seu ús com a eina d'estudi (així com altres elements del programari matemàtic: MAXIMA, DERIVE, SCILAB, etcètera) és - naturalment - altament recomanable.



[nota del autor]