Materi, Soal, dan Pembahasan – Penaksiran Varians Satu Populasi

Penaksiran

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 varians satu populasi.

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

Misalkan terdapat sampel acak berukuran n yang diambil dari suatu populasi yang berdistribusi normal dengan varians populasi σ2. Jika varians sampel acak tersebut adalah s2, kita memperoleh nilai statistik S2. Statistik inilah yang akan menjadi taksiran titik dari σ2. Oleh karena itu, statistik S2 selanjutnya disebut sebagai penaksir dari σ2.

Sementara itu, taksiran selang dari σ2 dapat dibangun dengan menggunakan statistik
X2=(n1)S2σ2.Statistik X2 tersebut berdistribusi khi-kuadrat dengan derajat kebebasan n1 ketika sampel dipilih dari suatu populasi yang berdistribusi normal. Kita dapat menuliskannya sebagai
p(χ1α/2; n12<X2<χα/2; n12)=1αdengan χ1α/2; n12 dan χα/2; n12 berturut-turut adalah nilai distribusi khi-kuadrat dengan derajat kebebasan n1 yang berasosiasi dengan luas sebesar 1α/2 dan α/2 ke arah kanan di bawah kurva distribusi tersebut seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Substitusi X2=(n1)S2σ2 akan menghasilkan
p(χ1α/2; n12<(n1)S2σ2<χα/2; n12)=1α.Manipulasi aljabar akan menghasilkan
p((n1)S2χα/2; n12<σ2<(n1)S2χ1α/2; n12)=1α.Dengan rumus di atas, sampel acak berukuran n dari suatu populasi berdistribusi normal yang varians sampelnya s2, nilai dari varians populasi σ2 dapat ditaksir pada selang kepercayaan 100(1α)%.

Selang Kepercayaan untuk σ2

Jika s2 adalah varians suatu sampel acak berukuran n dari suatu populasi yang berdistribusi normal, maka selang kepercayaan 100(1α)% untuk σ2 diberikan oleh
(n1)s2χα/2; n12<σ2<(n1)s2χ1α/2; n12dengan χ1α/2; n12 dan χα/2; n12 berturut-turut adalah nilai distribusi khi-kuadrat dengan derajat kebebasan n1 yang berasosiasi dengan luas sebesar 1α/2 dan α/2 ke arah kanan di bawah kurva distribusi tersebut.

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-χ2χ2-Value7.Selang KepercayaanConfidence Interval8.Taraf SignifikansiSignificance Value9.Derajat KebebasanDegree of Freedom10.Distribusi Khi-KuadratChi-Squared Distribution11.Taksiran TitikPoint Estimate12.Taksiran SelangInterval Estimate


Quote by Alexandra Stoddard

When you leave a beautiful place, you carry it with you wherever you go.

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-χ2 untuk menjawab soal-soal penaksiran di bawah.

Bagian Uraian

Soal Nomor 1

Seorang pengusaha lampu pijar mengadakan penyelidikan dengan melakukan pengujian terhadap 30 lampu sebagai sampel. Setelah diperiksa, simpangan baku dari masa hidup 30 lampu tersebut adalah 55 jam.

  1. Taksirlah selang kepercayaan 99% untuk varians populasi dari masa hidup lampu.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 95% untuk varians populasi dari masa hidup lampu.

Pembahasan

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

Soal Nomor 2

Suatu meriam didesain sehingga harus memiliki jarak tembak dengan varians tertentu. Untuk menguji hal tersebut, diambil sampel sebanyak 16 meriam dan diperoleh varians jarak tembaknya sebesar 24 meter.

  1. Taksirlah selang kepercayaan 95% untuk varians populasi dari jarak tembak meriam tersebut.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 90% untuk varians populasi dari jarak tembak meriam tersebut.

Pembahasan

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

Soal Nomor 3

Abu terbang (fly ash) merupakan sisa dari hasil pembakaran batu bara pada pembangkit listrik. Abu terbang mempunyai titik lebur sekitar 1.300C dan mempunyai kerapatan massa (densitas) sebesar 2,02,5 g/cm3. Sampel acak yang terdiri atas 25 sampel abu terbang memiliki varians 2,03 g2/cm6.

  1. Taksirlah selang kepercayaan 90% untuk varians populasi dari kerapatan massa abu terbang.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 80% untuk varians populasi dari kerapatan massa abu terbang.

Pembahasan

Soal Nomor 4

Suatu kapal mengangkut kontainer-kontainer oli. Untuk keperluan penelitian, sebanyak 10 kontainer dipilih secara acak dan diperoleh volume oli (dalam liter) di dalam kontainer sebagai berikut.
10,29,710,110,310,19,89,910,410,39,8

  1. Taksirlah selang kepercayaan 95% untuk varians populasi dari volume oli yang termuat di dalam kontainer.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 90% untuk varians populasi dari volume oli yang termuat di dalam kontainer.

Pembahasan

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

Soal Nomor 5

Suatu sampel acak dari waktu yang diperlukan oleh 20 mahasiswa untuk menyelesaikan suatu ujian terstandardisasi memiliki simpangan baku s=4,51 menit.

  1. Taksirlah selang kepercayaan 99% untuk varians populasi dari waktu yang diperlukan mahasiswa untuk menyelesaikan ujian terstandardisasi tersebut.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 90% untuk varians populasi dari waktu yang diperlukan mahasiswa untuk menyelesaikan ujian terstandardisasi tersebut.

Pembahasan

Soal Nomor 6

Aflatoksin yang diproduksi oleh jamur pada tanaman kacang tanah akan diteliti oleh sekelompok biolog. Sampel dari 61 tumpak (batch) tanaman kacang tanah menunjukkan kandungan aflatoksin dengan varians 4,25 bagian per juta persegi (bpj2).

  1. Taksirlah selang kepercayaan 95% untuk varians populasi dari kandungan aflotoksin yang diproduksi oleh jamur pada tanaman kacang tanah.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 80% untuk varians populasi dari kandungan aflotoksin yang diproduksi oleh jamur pada tanaman kacang tanah.

Pembahasan

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

Soal Nomor 7

Sebanyak 25 botol minuman ringan yang diambil secara acak dari suatu mesin dispenser memiliki volume dengan varians 2,03 desiliter2.

  1. Taksirlah selang kepercayaan 98% untuk varians populasi dari volume botol minuman ringan dari mesin dispenser tersebut.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 95% untuk varians populasi dari volume botol minuman ringan dari mesin dispenser tersebut.

Pembahasan

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

Soal Nomor 8

Berikut ini merupakan data tekanan darah sistolik (dalam mmHg) dari 14 pasien yang menjalani terapi penyembuhan hipertensi.
183152178157194163144194163114178152118158

  1. Taksirlah selang kepercayaan 95% untuk varians populasi dari tekanan darah sistolik pasien.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 90% untuk varians populasi dari tekanan darah sistolik pasien.

Pembahasan

Soal Nomor 9

Berikut ini merupakan data berat 10 paket bibit rumput yang didistribusikan oleh suatu perusahaan (dalam dag).
46,446,145,847,046,145,945,846,945,246,0

  1. Taksirlah selang kepercayaan 98% untuk varians populasi dari berat paket bibit rumput tersebut.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 90% untuk varians populasi dari berat paket bibit rumput tersebut.

Pembahasan

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

Soal Nomor 10

Sebanyak 13 siswa dipilih secara acak dari suatu sekolah untuk mengikuti tes psikologi. Rentang nilai yang didapat adalah dari 0 sampai 100. Data nilai mereka disajikan dalam tabel berikut.
40557080857070603050554080

  1. Taksirlah selang kepercayaan 99% untuk simpangan baku populasi dari nilai tes psikologi yang didapat siswa.
  2. Taksirlah selang kepercayaan 98% untuk simpangan baku populasi dari nilai tes psikologi yang didapat siswa.

Pembahasan