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Calculadora de Distribuição Uniforme

Atualizado:

Calcule probabilidades, densidade, probabilidade acumulada, média, variância e desvio padrão para uma distribuição uniforme contínua X ~ U(a, b). Introduza os limites, um ponto x e um intervalo [c, d].

Calcular Probabilidades da Distribuição Uniforme

Campos de entrada
Distribuição X ~ U(a, b)
a
Extremidade esquerda do suporte — o menor valor possível.
b
Extremidade direita do suporte — o maior valor possível.
Valor e intervalo
x
Ponto no qual a densidade e a probabilidade acumulada são avaliadas.
c
Extremidade esquerda do intervalo para o cálculo da probabilidade.
d
Extremidade direita do intervalo para o cálculo da probabilidade.
Se ativado, o resultado é atualizado automaticamente quando você altera qualquer valor.

Fórmula da Distribuição Uniforme

Fórmula
\[ f(x) = \frac{1}{b - a} \quad \text{para } a \le x \le b, \qquad f(x) = 0 \text{ fora disso} \\ F(x) = P(X \le x) = \begin{cases} 0 & x b \end{cases} \\ P(c \le X \le d) = \frac{\min(d, b) - \max(c, a)}{b - a} \\ \mu = \frac{a + b}{2}, \qquad \sigma^2 = \frac{(b - a)^2}{12} \\ \sigma = \sqrt{\sigma^2} = \frac{b - a}{\sqrt{12}} \]

Onde:

  • \(a\) — limite inferior do suporte (menor valor possível)
  • \(b\) — limite superior do suporte (maior valor possível)
  • \(x\) — ponto no qual a densidade e a probabilidade acumulada são avaliadas
  • \(c, d\) — limites do intervalo para o cálculo da probabilidade
  • \(f(x)\) — função densidade de probabilidade
  • \(F(x)\) — função de distribuição acumulada
  • \(\mu, \sigma^2, \sigma\) — média, variância e desvio padrão

A distribuição uniforme (retangular) descreve uma variável aleatória para a qual todo valor no intervalo \([a, b]\) é igualmente provável. A densidade é uma constante \(1/(b-a)\) no suporte e zero fora dele, pelo que qualquer probabilidade se reduz a uma razão de comprimentos de intervalos.

Distribuição Uniforme – Exemplo de Cálculo

Exemplo: um ônibus chega a uma parada num momento uniformemente aleatório entre 0 e 10 minutos depois da hora. Qual é a probabilidade de chegar entre o 3.º e o 7.º minuto, e qual é a probabilidade acumulada exatamente aos 4 minutos? Aqui \(a = 0\), \(b = 10\), \(x = 4\), \(c = 3\), \(d = 7\).

\[ f(x) = \frac{1}{b - a} = \frac{1}{10 - 0} = 0.1 \quad \text{para } 0 \le x \le 10 \]

\[ P(3 \le X \le 7) = \frac{\min(7, 10) - \max(3, 0)}{10 - 0} = \frac{7 - 3}{10} = \frac{4}{10} = 0.4 \]

\[ F(4) = P(X \le 4) = \frac{4 - 0}{10 - 0} = 0.4 \]

\[ \mu = \frac{0 + 10}{2} = 5, \qquad \sigma^2 = \frac{(10 - 0)^2}{12} \approx 8.333333, \qquad \sigma \approx 2.886751 \]

Resultado: a probabilidade de chegar entre o 3.º e o 7.º minuto é 0,4 (40%); a probabilidade acumulada aos 4 minutos é 0,4. O ponto médio de espera é 5 minutos, com uma variância de ≈ 8,333333 e um desvio padrão de ≈ 2,886751 minutos.

Como usar a calculadora

  1. Introduza o Limite inferior (a) — o menor valor que a variável pode assumir.
  2. Introduza o Limite superior (b) — o maior valor possível. Deve ser maior do que a.
  3. Introduza o Valor (x) no qual deseja avaliar a densidade \(f(x)\) e a probabilidade acumulada \(F(x)\).
  4. Introduza o Limite inferior (c) e o Limite superior (d) do intervalo cuja probabilidade pretende. Se só precisa de um resultado pontual, pode definir c = d = x.
  5. Leia os resultados: probabilidade do intervalo \(P(c \le X \le d)\), densidade \(f(x)\), probabilidade acumulada \(F(x)\), média, variância, desvio padrão, além de uma interpretação completa com todas as fórmulas substituídas pelos seus valores.

O que é a distribuição uniforme?

A distribuição uniforme contínua, escrita \(X \sim U(a, b)\), é a mais simples de todas as distribuições de probabilidade contínuas. Modela situações em que um resultado tem a mesma probabilidade de ocorrer em qualquer ponto de um intervalo: um ponto aleatório escolhido num segmento, um pião que para num ângulo aleatório, um gerador de números aleatórios de computador produzindo um valor entre 0 e 1, ou um evento cujo momento é completamente imprevisível dentro de uma janela conhecida.

Como a densidade é plana — uma constante \(1/(b-a)\) ao longo de todo o suporte — as probabilidades tornam-se uma questão de comprimentos. A probabilidade de X cair num intervalo \([c, d]\) é simplesmente o comprimento da interseção entre \([c, d]\) e \([a, b]\), dividido pela largura total \(b - a\). É por isso que a distribuição também é chamada de distribuição retangular: o seu gráfico de densidade é um retângulo, e a probabilidade corresponde à área de uma fatia desse retângulo.

A probabilidade acumulada \(F(x) = P(X \le x)\) cresce linearmente de 0 em \(x = a\) até 1 em \(x = b\). No nosso exemplo, \(F(4) = 0.4\) significa que há 40% de probabilidade de o valor ser 4 ou menos. Note que, numa distribuição contínua, a probabilidade de obter um valor exato é sempre zero — \(P(X = 4) = 0\) — e é por isso que trabalhamos com intervalos e não com pontos.

As estatísticas de resumo têm uma interpretação natural: a média \((a+b)/2\) é simplesmente o ponto médio do intervalo, e o desvio padrão \((b-a)/\sqrt{12} \approx 0.289 \cdot (b-a)\) mede a dispersão típica dos valores em torno desse ponto médio. Distribuições uniformes com suportes mais largos são proporcionalmente mais dispersas.

Pressupostos, limitações e dicas

Ferramentas relacionadas: para calcular a dispersão de amostras de dados reais, veja a calculadora de variância e a calculadora de desvio padrão; para outros modelos de probabilidade comuns, experimente a calculadora de distribuição binomial e a calculadora de distribuição de Poisson.

Perguntas frequentes

Como calcular manualmente uma probabilidade da distribuição uniforme?

Divida o comprimento do intervalo que lhe interessa pela largura total do suporte: \(P(c \le X \le d) = \frac{d - c}{b - a}\), depois de primeiro recortar \([c, d]\) para que fique dentro de \([a, b]\). Por exemplo, com \(X \sim U(0, 10)\), a probabilidade de cair entre 2 e 5 é \((5-2)/10 = 0.3\). Não são precisas tabelas nem integrais — é apenas uma razão de comprimentos.

Por que a variância é (b − a)² / 12?

O fator 12 vem da integração de \((x - \mu)^2\) sobre uma densidade constante: \(\sigma^2 = \int_a^b (x - \mu)^2 \frac{1}{b-a}\,dx = \frac{(b-a)^2}{12}\). É um resultado exato da forma retangular, não uma aproximação. Uma verificação rápida: o desvio padrão é sempre cerca de 29% da largura do intervalo, já que \(1/\sqrt{12} \approx 0.289\).

A distribuição uniforme é o mesmo que a distribuição normal?

Não. Uma distribuição uniforme tem densidade plana — todo valor em \([a, b]\) é igualmente provável — enquanto uma distribuição normal tem forma de sino, com valores concentrados em torno da média e caudas que se estendem ao infinito. A uniforme não tem caudas e sim cortes rígidos em \(a\) e \(b\). Use a uniforme quando os resultados são igualmente prováveis ao longo de um intervalo; use a normal quando muitos pequenos efeitos independentes se somam.

Posso usar esta calculadora para um dado equilibrado ou lançamentos de moeda?

Não — esses são casos de distribuições uniformes discretas, em que resultados separados têm cada um probabilidade igual a \(1/n\). Esta calculadora trata do caso contínuo, em que a probabilidade de qualquer valor exato isolado é zero. Para um dado equilibrado de seis faces, \(P(X = 3) = 1/6\), mas para uma variável contínua \(U(0, 6)\), \(P(X = 3) = 0\) — apenas intervalos como \(P(2.9 \le X \le 3.1)\) têm probabilidade não nula.

Como encontrar o valor x para uma dada probabilidade acumulada?

Inverta a CDF: \(x = a + p \cdot (b - a)\), onde \(p\) é a probabilidade desejada entre 0 e 1. Por exemplo, se \(X \sim U(0, 10)\) e quer o valor excedido apenas 25% das vezes, resolva \(F(x) = 0.75\): \(x = 0 + 0.75 \cdot 10 = 7.5\). Esta inversão linear é uma das razões pelas quais a distribuição uniforme é fácil de usar.

O que acontece se o meu intervalo [c, d] sair do suporte [a, b]?

As partes fora de \([a, b]\) contribuem com probabilidade zero, pelo que o intervalo é recortado para a interseção. Apenas conta de \(\max(c, a)\) até \(\min(d, b)\). Se \([c, d]\) estiver totalmente fora do suporte, a probabilidade é exatamente 0. Por exemplo, para \(U(0, 10)\), \(P(8 \le X \le 15) = (10 - 8)/10 = 0.2\), e não \((15-8)/10\).

Qual é um erro comum ao ler a densidade f(x)?

Tratar a densidade como uma probabilidade. O valor \(f(x) = 1/(b-a)\) é uma altura, não uma chance, e pode até exceder 1 em intervalos estreitos (por exemplo, \(U(0, 0.5)\) tem densidade 2). Apenas áreas sob a densidade dão probabilidades. Outro erro frequente é esquecer que a média é o ponto médio \((a+b)/2\), independentemente de onde os valores se concentram — numa distribuição uniforme não há concentração.

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