İstatistik ve Olasılık · 7. Ünite: Parametre Tahmini

Ortalamalar Arası Fark İçin Güven Aralıkları

Yeni bir ilaç eskisinden daha mı etkili, bir üretim yöntemi diğerinden daha mı hızlı, bir eğitim programı notları gerçekten yükseltiyor mu? Bu sorular iki ortalamanın farkı $\mu_1-\mu_2$ ile cevaplanır. Fark için güven aralığı hem farkın büyüklüğünü hem de belirsizliğini verir; aralık $0$'ı içermiyorsa fark istatistiksel olarak anlamlıdır. Konunun sonunda bağımsız örneklemlerde ($z$, havuzlu $t$, Welch) ve eşleştirilmiş örneklemlerde doğru yöntemi seçecek, aralığı hesaplayacak ve yorumlayacaksın.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Motivasyon: İki Ortalamayı Karşılaştırmak

  2. Bağımsız Örneklemler: Fark İçin z Aralığı

  3. σ Bilinmiyor: Havuzlu t ve Welch Aralıkları

  4. Eşleştirilmiş Gözlemler (Paired t)

  5. Yorum, Hipotez Testiyle Bağlantı ve Örnek Büyüklüğü

  6. Çözümlü Örnekler

  7. Karşılaştırma Tablosu: Hangi Aralık?

  8. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Bağımsız örneklemler
Farklı birimlerden toplanan, ölçümleri birbirini etkilemeyen iki örneklem; $\text{Var}(\bar X_1-\bar X_2) = \sigma_1^2/n_1+\sigma_2^2/n_2$.
Havuzlu varyans (pooled variance)
$\sigma_1^2=\sigma_2^2$ varsayımıyla $s_p^2 = [(n_1-1)s_1^2+(n_2-1)s_2^2]/(n_1+n_2-2)$.
Welch t aralığı
Eşit varyans varsaymayan, Satterthwaite serbestlik derecesi $\nu$ kullanan $t$ aralığı.
Eşleştirilmiş örneklemler (paired)
Aynı birimden ya da bilinçli eşlenmiş çiftlerden gelen ölçümler; analiz $d_i = x_{1i}-x_{2i}$ farkları üzerinden yapılır.
Fark için hata payı
$E = c\cdot\text{SE}$; $c$ kritik değer ($z$ ya da $t$), SE farkın standart hatasıdır.
Satterthwaite serbestlik derecesi
İki ayrı varyans tahmininin birleşimi için yaklaşık $t$ serbestlik derecesi $\nu$; çoğunlukla tam sayı değildir.
Anlamlı fark
Güven aralığının 0'ı içermediği, yani iki yönlü testte $H_0:\mu_1=\mu_2$'nin reddedildiği durum.
Korelasyonun etkisi
Eşleştirilmiş ölçümlerde $\text{Var}(d)=\sigma_1^2+\sigma_2^2-2\rho\sigma_1\sigma_2$; $\rho>0$ varyansı küçültür.

Örnek soru

Varyansları $\sigma_1^2$ ve $\sigma_2^2$ olan iki popülasyondan, $n_1$ ve $n_2$ büyüklüğünde bağımsız örneklemler alınıyor. $\text{Var}(\bar X_1-\bar X_2)$ aşağıdakilerden hangisidir?

  1. $\dfrac{\sigma_1^2}{n_1}-\dfrac{\sigma_2^2}{n_2}$
  2. $\dfrac{\sigma_1^2}{n_1}+\dfrac{\sigma_2^2}{n_2}$
  3. $\dfrac{\sigma_1^2+\sigma_2^2}{n_1+n_2}$
  4. $\dfrac{(\sigma_1+\sigma_2)^2}{n_1+n_2}$
  5. $\dfrac{\sigma_1^2}{n_1}\cdot\dfrac{\sigma_2^2}{n_2}$

Doğru cevap: B

Çözüm

1. Bağımsız rastgele değişkenlerde $\text{Var}(aU+bV) = a^2\text{Var}(U)+b^2\text{Var}(V)$.
2. $\bar X_1-\bar X_2$ için katsayılar $+1$ ve $-1$ olduğundan karesi alınınca ikisi de $+1$ olur: $\text{Var} = \sigma_1^2/n_1 + \sigma_2^2/n_2$.
3. Çıkarma (A) negatif varyans verebilir; C ve D iki örneği tek havuzda birleştirir (aynı varyanslı tek bir popülasyonmuş gibi); E çarpım anlamsızdır.
Cevap: B. Belirsizlikler birbirini götürmez, birikir.

İstatistik ve Olasılık: tüm konular