Materi, Soal, dan Pembahasan – Penaksiran Rasio Varians Dua Populasi

Penaksiran (estimation) adalah proses untuk memperkirakan nilai dari suatu parameter populasi dari sampel yang diambil. Dalam penaksiran, kita melakukan inferensi untuk menduga nilai parameter populasi yang terlibat sehingga sangat memungkinkan terjadinya galat (error). Meskipun begitu, peran statistika menjadi begitu krusial karena kita berusaha untuk meminimalisasi terjadinya galat tersebut agar bernilai sekecil-kecilnya. Lebih lanjut, parameter populasi yang dimaksud umumnya berupa rata-rata (mean), proporsi (proportion), dan varians (variance).

Pada artikel ini, kita akan memfokuskan bahasan pada penaksiran rasio varians dua populasi.

Baca: Materi, Soal, dan Pembahasan – Penaksiran Selisih Rata-Rata Dua Populasi Bebas

Misalkan terdapat dua sampel acak bebas berukuran n1 dan n2 yang diambil dari suatu populasi yang berdistribusi normal dengan varians populasi σ12 dan σ22. Taksiran titik dari rasio varians dua populasi σ12/σ22 diberikan oleh rasio varians sampel s12/s22. Oleh karena itu, statistik S12/S22 dikatakan sebagai penaksir dari σ12/σ22.

Jika σ12 dan σ22 merupakan varians dari populasi normal, kita dapat membuat taksiran selang dari σ12/σ22 dengan menggunakan statistik
F=σ22S12σ12S22.Variabel acak F akan berdistribusi-F dengan derajat kebebasan dk1=n11 dan dk2=n21. Dalam hal ini, n1 dan n2 berturut-turut menyatakan ukuran sampel dari populasi pertama dan kedua. Berikutnya, kita peroleh
p(f1α/2; dk1; dk2<F<fα/2; dk1; dk2)=1αdengan f1α/2; dk1; dk2 dan fα/2; dk1; dk2 berturut-turut adalah nilai distribusi-F dengan derajat kebebasan dk1 dan dk2 yang berasosiasi dengan luas di bawah kurva-F di sebelah kanan 1α/2 dan α/2 seperti yang terlihat pada gambar di bawah.

Distribusi-F

Substitusi F=σ22S12σ12S22 akan menghasilkan
p(f1α/2; dk1; dk2<σ22S12σ12S22<fα/2; dk1; dk2)=1α.Manipulasi aljabar akan menghasilkan
p(S12S221fα/2; dk1; dk2<σ12σ22<S12S221f1α/2; dk1; dk2)=1α.Identitas Fisher menyatakan bahwa nilai f1α/2; dk1; dk2 sama dengan 1fα/2; dk2; dk1. Oleh karena itu, diperoleh
p(S12S221fα/2; dk1; dk2<σ12σ22<S12S22fα/2; dk2; dk1)=1α.Dengan rumus di atas, dua sampel acak bebas berukuran n dari suatu populasi berdistribusi normal yang varians sampelnya s12 dan s22, rasio varians dua populasi tersebtu dapat ditaksir pada selang kepercayaan 100(1α)%.

Selang Kepercayaan untuk σ12/σ22

Jika s12 dan s22 berturut-turut merupakan varians dari sampel acak bebas berukuran n1 dan n2 yang diambil dari populasi berdistribusi normal, maka selang kepercayaan 100(1α)% untuk σ12/σ22 adalah
s12s221fα/2; dk1; dk2<σ12σ22<s12s22fα/2; dk2; dk1dengan fα/2; dk1; dk2 berturut-turut adalah nilai distribusi-F dengan derajat kebebasan dk1=n11 dan dk2=n21 yang berasosiasi dengan luas di bawah kurva-F di sebelah kanan 1α/2 dan α/2, sedangkan fα/2; dk2; dk1 merupakan hal yang serupa, tetapi derajat kebebasannya ditukar.

Artikel ini ditulis berdasarkan beberapa sumber, termasuk sumber berbahasa Inggris. Salah satu sumber yang digunakan di antaranya adalah buku “Probability & Statistics for Engineers & Scientists” yang ditulis oleh Ronald E. Walpole dkk. Oleh karena itu, untuk meminimalisasi kesalahan penafsiran, padanan untuk beberapa kata/istilah diberikan dalam tabel berikut.

No.Bahasa IndonesiaBahasa Inggris1.PenaksiranEstimation2.Sampel AcakRandom Sample3.VariansVariance4.Simpangan BakuStandard Deviation5.GalatError6.Nilai-ff-Value7.Selang KepercayaanConfidence Interval8.Taraf SignifikansiSignificance Value9.Derajat KebebasanDegree of Freedom10.Distribusi-FF-Distribution11.Taksiran TitikPoint Estimate12.Taksiran SelangInterval Estimate


Quote by Eleanor Roosevelt

The future belongs to those we believe in the beauty of their dreams.

Catatan: Hasil perhitungan yang dilakukan dalam setiap soal bisa jadi sedikit berbeda karena masalah pembulatan.  Anda seharusnya tidak dianggap salah jika terjadi kasus seperti itu. Lebih lanjut, silakan unduh tabel-F untuk menjawab soal-soal penaksiran di bawah.

Bagian Uraian

Soal Nomor 1

Seorang guru fisika melakukan penelitian dengan menggunakan dua metode pembelajaran berbeda pada materi relativitas. Sebanyak 20 siswa dibagi menjadi dua kelompok sama rata, yaitu kelompok A dan B. Kedua kelompok tersebut menerima metode pembelajaran berbeda. Setelah tes akhir dilakukan, diperoleh varians nilai yang didapat dari kelompok A dan B berturut-turut adalah sA2=24,7 dan sB2=39,2.

  1. Tentukan selang kepercayaan 98% untuk rasio varians dua populasi dari kasus di atas.
  2. Tentukan selang kepercayaan 90% untuk rasio varians kedua populasi dari kasus di atas.

Pembahasan

Baca: Materi, Soal, dan Pembahasan – Penaksiran Varians Satu Populasi

Soal Nomor 2

Suatu percobaan dilakukan untuk mengetahui baterai jenis apa yang memiliki daya tahan lebih lama. Ada dua jenis baterai yang diuji, yaitu baterai A dan baterai B, berturut-turut sebanyak 13 batang dan 11 batang. Dalam percobaan tersebut, diperoleh simpangan baku dari daya tahan baterai A adalah 4 hari, sedangkan simpangan baku dari daya tahan baterai B adalah 6 hari.

  1. Tentukan selang kepercayaan 98% untuk rasio varians dua populasi dari kasus di atas.
  2. Tentukan selang kepercayaan 90% untuk rasio varians kedua populasi dari kasus di atas.

Pembahasan

Soal Nomor 3

Suatu penelitian dilakukan untuk membandingkan lamanya waktu yang dibutuhkan pegawai laki-laki dan pegawai perempuan di suatu pabrik dalam menata suatu produk. Sampel acak dari lamanya waktu (dalam menit) untuk 11 pegawai laki-laki dan 14 pegawai perempuan diambil sehingga diperoleh data berikut.
Laki-LakiPerempuann1=11n2=16s1=6,1s2=5,3Misalkan σ12 dan σ22 berturut-turut adalah varians populasi dari lamanya waktu untuk pegawai laki-laki dan pegawai perempuan.

  1. Tentukan selang kepercayaan 98% untuk rasio varians dua populasi dari kasus di atas.
  2. Tentukan selang kepercayaan 90% untuk rasio varians kedua populasi dari kasus di atas.

Pembahasan

Baca: Materi, Soal, dan Pembahasan – Penaksiran Rata-Rata Satu Populasi

Soal Nomor 4

Efektivitas dua jenis alat untuk mengukur kadar sulfur monoksida (SO) di atmosfer sedang dibandingkan pada suatu eksperimen terhadap polusi udara. Hasil pengukuran dengan menggunakan alat tersebut diberikan sebagai berikut.
Jenis A0,860,820,750,610,890,640,810,680,65Jenis B0,870,740,630,550,760,700,690,570,53Misalkan σA dan σB berturut-turut adalah simpangan baku populasi dari ukuran kadar sulfur monoksida di atmosfer dengan menggunakan alat jenis A dan B.

  1. Tentukan selang kepercayaan 98% untuk rasio varians dua populasi dari kasus di atas.
  2. Tentukan selang kepercayaan 90% untuk rasio varians kedua populasi dari kasus di atas.

Pembahasan

Baca: Materi, Soal, dan Pembahasan – Uji Selisih Rata-Rata Dua Populasi Bebas

Soal Nomor 5

Suatu perusahaan alat berat melakukan penelitian terhadap lamanya waktu hidup komponen A dan komponen B (dalam bulan). Seorang ahli mencatat waktu hidup 10 komponen A dan 9 komponen B sebagai berikut.
Komponen A10,65,310,78,511,815,51375,97Komponen B15,510,418,419,620,910,318,218,111,2Misalkan σA dan σB berturut-turut adalah simpangan baku populasi dari ukuran kadar sulfur monoksida di atmosfer dengan menggunakan alat jenis A dan B.

  1. Tentukan selang kepercayaan 98% untuk rasio varians dua populasi dari kasus di atas.
  2. Tentukan selang kepercayaan 90% untuk rasio varians kedua populasi dari kasus di atas.

Pembahasan

Baca: Materi, Soal, dan Pembahasan – Uji Kesamaan Varians dari Dua Populasi

Soal Nomor 6

Suatu penelitian dilakukan untuk mengetahui banyaknya ketidakhadiran (absensi) selama setahun pada pegawai yang menjadi anggota serikat pekerja dan yang bukan anggota serikat pekerja. Sampel acak sebanyak 16 pegawai yang menjadi anggota serikat pekerja dan 10 pegawai yang bukan anggota serikat pekerja dipilih. Banyak ketidakhadirannya berturut-turut memiliki simpangan baku 3 hari dan 2,5 hari. Misalkan σ12 dan σ22 berturut-turut adalah varians populasi dari banyaknya ketidakhadiran selama setahun pada pegawai yang menjadi anggota serikat pekerja dan yang bukan anggota serikat pekerja.

  1. Tentukan selang kepercayaan 98% untuk rasio varians dua populasi dari kasus di atas.
  2. Tentukan selang kepercayaan 90% untuk rasio varians kedua populasi dari kasus di atas.

Pembahasan

Baca: Materi, Soal, dan Pembahasan – Penaksiran Selisih Rata-Rata Dua Populasi Berpasangan

Soal Nomor 7

Pekerja rig minyak lepas pantai biasanya bekerja rata-rata 12 jam secara rotasi bergiliran. Misalnya, separuh kru dapat bekerja dari tengah hari hingga tengah malam (gilir kerja [shift] 1), sementara separuh lainnya bekerja dari tengah malam hingga tengah hari (gilir kerja 2). Perusahaan menyediakan semua makanan secara gratis dan kualitas makanan terjamin serta variasi makanannya tinggi. Ketika gilir kerja selesai, para pekerja dapat beristirahat atau meluangkan waktu untuk pergi menonton film, bermain gim video, atau berolahraga di gym on-board. Banyak pekerja rig minyak yang bekerja selama dua minggu di laut dan kemudian kembali ke rumah selama dua minggu juga, dengan semua biaya perjalanannya dibayar oleh perusahaan. Dua gilir kerja tersebut sedang dibandingkan untuk penilaian keefektifan kerja kru. Durasi pekerja gilir kerja 1 diamati dalam 10 hari, sedangkan durasi pekerja gilir kerja 2 diamati dalam 8 hari masing-masing secara acak. Berikut ini merupakan hasil pengamatan dari dua gilir kerja tersebut (dalam jam).
Gilir Kerja 111,8811,6211,6813,0012,7611,8712,1312,6412,2711,89Gilir Kerja 212,2810,7612,1312,9311,8711,7011,6311,69Misalkan σ12 dan σ22 berturut-turut adalah varians populasi dari banyaknya ketidakhadiran selama setahun pada pegawai yang menjadi anggota serikat pekerja dan yang bukan anggota serikat pekerja.

  1. Tentukan selang kepercayaan 98% untuk rasio varians dua populasi dari kasus di atas.
  2. Tentukan selang kepercayaan 90% untuk rasio varians kedua populasi dari kasus di atas.

Pembahasan

Baca: Materi, Soal, dan Pembahasan – Uji Varians Satu Populasi