Um intervalo de confiança é uma estimativa com a incerteza presa a ela
Uma média amostral é um palpite sobre a média populacional, e um palpite sem uma faixa é um palpite que você não consegue conferir. O intervalo de confiança é essa faixa: a estimativa, mais e menos uma margem de erro. A margem é um valor crítico vezes o erro padrão, e cada um desses dois fatores responde a uma pergunta diferente. O erro padrão é quanto a estimativa se moveria de uma amostra para a próxima; o valor crítico é quantos desses erros padrão o intervalo alcança para atingir o nível de confiança que você pediu.
Para uma média a página segue a receita padrão. A partir dos dados brutos ela calcula a média e o desvio padrão amostral de forma exata, o desvio padrão mantido como radical; a partir de um resumo ela pega os seus números como dados. Com o desvio padrão estimado pela amostra, o valor crítico vem da curva t com n menos 1 graus de liberdade, que é a escolha honesta e o padrão aqui; a versão z está a um clique para um sigma conhecido ou um n grande. Para uma proporção a página dá dois intervalos: o intervalo de Wald, que é o da maioria dos livros, e o intervalo de escore de Wilson, que é o que se deve reportar, porque Wald se comporta mal quando a proporção fica perto de 0 ou 1 ou a amostra é pequena.
O intervalo é desenhado numa reta numérica abaixo da resposta, com a estimativa marcada, porque a imagem de um intervalo diz algo que um par de números não diz: qual é a largura dele em relação a onde ele fica. Um intervalo para uma média que vai de 4,9 a 5,1 e um que vai de 2 a 8 são ambos intervalos; só um deles vale a pena reportar com três casas decimais.
O que saber sobre intervalos de confiança
"95% de confiança" é uma afirmação sobre o método, não sobre este intervalo. Construa intervalos assim muitas vezes e cerca de 95% deles conterão o valor verdadeiro; qualquer um isolado contém ou não contém.
Nível mais alto, intervalo mais largo. Um intervalo de 99% alcança cerca de 2,6 erros padrão em vez de 2, então é um terço mais largo que um de 95% para os mesmos dados.
A largura encolhe com a raiz quadrada de n. Quatro vezes mais dados reduzem a margem de erro pela metade; cem vezes mais dados a reduzem a um décimo.
Use t quando sigma é estimado pela amostra. Com n = 10 o valor crítico t a 95% é 2,26, não 1,96, e fingir o contrário deixa o intervalo estreito demais.
Para uma proporção, reporte Wilson. O intervalo de Wald pode passar de 0 para baixo ou de 1 para cima e não é confiável com menos de uns 10 sucessos ou fracassos; Wilson fica dentro da faixa possível e mantém a cobertura prometida.
Como construir um intervalo de confiança
1
Calcule a estimativa
A média amostral, ou a proporção amostral. Mantenha exata se puder; a página mantém.
2
Calcule o erro padrão
Para uma média, o desvio padrão sobre a raiz de n. Para uma proporção, a raiz de p(1 − p) sobre n.
3
Consulte o valor crítico
Para uma média com sigma estimado, na curva t com n menos 1 graus de liberdade no seu nível. Para um sigma conhecido ou uma proporção, na curva normal: 1,645, 1,960 ou 2,576 para 90, 95 ou 99%.
4
Multiplique para obter a margem, depois some e subtraia
Margem de erro é igual ao valor crítico vezes o erro padrão. O intervalo vai da estimativa menos a margem até a estimativa mais a margem.
Valores críticos para um intervalo de confiança
Quantos erros padrão o intervalo alcança para cada lado da estimativa.
Nível
z
t, gl = 5
t, gl = 10
t, gl = 30
90%
1,645
2,015
1,812
1,697
95%
1,960
2,571
2,228
2,042
99%
2,576
4,032
3,169
2,750
Exemplos resolvidos
Uma média a partir de um resumo
plain
x̄ = 50, s = 10, n = 25, 95%
O erro padrão é 10 sobre 5, que é 2. Com 24 graus de liberdade o valor crítico t a 95% é 2,064, então a margem de erro é cerca de 4,13 e o intervalo vai de 45,87 a 54,13. Usar z no lugar daria 1,96 vezes 2, uma margem de 3,92, um pouco estreita demais para uma amostra de 25.
Uma média a partir de dados brutos
plain
2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9
A média é exatamente 5 e o desvio padrão amostral é 4√14/7, cerca de 2,138. Dividindo pela raiz de 8 dá um erro padrão de cerca de 0,756; com 7 graus de liberdade o valor t é 2,365, e o intervalo de 95% vai de cerca de 3,21 a 6,79.
Uma proporção
plain
40 successes in 100 trials
A proporção amostral é 0,4. O intervalo de Wald é 0,4 mais ou menos 1,96 vezes 0,049, ou seja, 0,304 a 0,496. O intervalo de Wilson é 0,309 a 0,498: deslocado um pouco para o meio, que é a correção que o mantém honesto nas bordas. Com 40 e 60 bem acima de 10 os dois quase concordam; com 3 sucessos em 10 não concordariam.
Erros com intervalo de confiança
Dizer que há 95% de chance de a média verdadeira estar neste intervalo. A afirmação de probabilidade é sobre o procedimento ao longo de amostras repetidas, não sobre um intervalo fixo.
Usar z com uma amostra pequena. Abaixo de uns n = 30 com sigma estimado pelos dados, o valor crítico t é visivelmente maior e o intervalo z fica estreito demais.
Reportar um intervalo de Wald para uma proporção rara. Com 2 sucessos em 20 o intervalo de Wald passa de zero para baixo; o de Wilson não, e é o que se deve anotar.
Dividir por n em vez da raiz de n no erro padrão. A margem ficaria pequena demais.
Ler um intervalo estreito como verdadeiro. Largura é precisão, não exatidão; uma amostra enviesada dá um intervalo estreito em volta do número errado.
Comparar dois intervalos sobrepostos e concluir que não há diferença. Dois intervalos de 95% podem se sobrepor enquanto a diferença entre as médias é significativa; teste a diferença diretamente.
Perguntas frequentes sobre intervalo de confiança
Como calculo um intervalo de confiança de 95%?
Pegue a média amostral, calcule o erro padrão como o desvio padrão sobre a raiz quadrada de n, multiplique pelo valor crítico para 95% (1,96 para z, ou o valor t para n menos 1 graus de liberdade quando o desvio padrão é estimado), e some e subtraia essa margem da média. A página faz cada um desses passos em uma linha separada.
O que um intervalo de confiança de 95% significa de fato?
Que o método que o produz captura o valor verdadeiro 95% das vezes ao longo de amostras repetidas. Não significa que há 95% de probabilidade de o valor verdadeiro estar neste intervalo específico; esse valor é fixo, e o intervalo o contém ou não. A leitura prática é: valores dentro são consistentes com os dados, valores fora não são.
Quando uso t em vez de z para um intervalo de confiança?
Use t sempre que o desvio padrão foi estimado a partir da mesma amostra, que é o caso usual. Use z quando o desvio padrão populacional é conhecido, ou como aproximação quando n é grande, acima de algumas centenas. Com n = 10 a diferença é 2,26 contra 1,96, que é demais para ignorar.
O que é a margem de erro?
Metade da largura do intervalo: o valor crítico vezes o erro padrão. É o mais ou menos que as pesquisas de opinião citam. Uma margem de 3% num resultado de 52% significa que o intervalo vai de 49% a 55%.
Por que a página mostra dois intervalos para uma proporção?
O intervalo de Wald é a fórmula do livro, p mais ou menos z vezes a raiz de p(1 − p) sobre n; é simples e é o que a maioria dos cursos ensina. O intervalo de escore de Wilson corrige as falhas conhecidas de Wald perto de 0 e 1 e em amostras pequenas, e é o que os estatísticos recomendam reportar. Os dois são mostrados para você ver a resposta do livro e a melhor.
De que tamanho de amostra preciso para uma dada margem de erro?
Reorganize a fórmula da margem: n = (z × σ / E)². Para uma proporção no pior caso p = 0,5, n = (z / (2E))², então uma margem de 3% a 95% precisa de cerca de 1.068 pessoas. Reduzir a margem pela metade quadruplica a amostra.
O intervalo de confiança pode me dizer se um resultado é significativo?
Sim, em uma direção: se um intervalo de 95% para uma diferença exclui zero, a diferença é significativa no nível de 5%, e se um intervalo para uma média exclui o valor hipotético, o teste de uma amostra o rejeita. O intervalo também diz qual é o tamanho do efeito, o que o teste sozinho não faz.