İstatistik ve Olasılık · 7. Ünite: Parametre Tahmini

Varyans İçin Güven Aralıkları

Bir ilaç tabletinin etken madde miktarı yalnızca ortalamada değil, değişkenlikte de hedefi tutturmalıdır; bir makinenin hassasiyeti, bir ölçüm aletinin tekrarlanabilirliği ya da bir portföyün riski varyans ve standart sapmayla ölçülür. Varyans için güven aralığı, ortalama için olandan üç noktada farklıdır: pivot büyüklük ki-kare dağılır, aralık $s^2$ etrafında simetrik değildir ve sonuç normallik varsayımına çok duyarlıdır. Konunun sonunda $\sigma^2$ ve $\sigma$ için iki yönlü ve tek yönlü aralık kuracak, ki-kare tablosundan kritik değer okuyacak, iki varyansın oranı için $F$ aralığını hesaplayacak ve aralığın neden sağlam olmadığını açıklayacaksın.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Motivasyon: Değişkenliği Tahmin Etmek

  2. Pivot Büyüklük: (n−1)S²/σ² ~ χ²(n−1)

  3. σ² ve σ İçin İki Yönlü ve Tek Yönlü Aralık

  4. Normallik Varsayımına Duyarlılık

  5. İki Varyansın Oranı İçin F Aralığı

  6. Çözümlü Örnekler

  7. Tablo Okuma ve Ortak Hatalar

Anahtar terimler

Ki-kare dağılımı (chi-square)
Bağımsız standart normallerin kareleri toplamı $\sum Z_i^2 \sim \chi^2(k)$; sağa çarpık, ortalaması $k$, varyansı $2k$.
Varyans için pivot
$(n-1)S^2/\sigma^2 \sim \chi^2(n-1)$; normal popülasyonda dağılımı $\sigma^2$'ye bağlı olmayan büyüklük.
Kritik değer $\chi^2_{\alpha/2}$
Sağ kuyruk alanı $\alpha/2$ olan değer; aralığın alt sınırını belirleyen büyük kritik değerdir.
Asimetrik aralık
$\sigma^2$ aralığının $s^2$ etrafında simetrik olmaması; ki-kare dağılımının çarpıklığından gelir.
Standart sapma için aralık
$\sigma^2$ aralığının uçlarının karekökü: $\sqrt{(n-1)s^2/\chi^2_{\alpha/2}} < \sigma < \sqrt{(n-1)s^2/\chi^2_{1-\alpha/2}}$.
Fazla basıklık (excess kurtosis)
$\kappa$; normalde 0. $\text{Var}(S^2)$'yi $\kappa/n$ terimiyle artırır ve ki-kare aralığını geçersiz kılar.
Dayanıklılık (robustness)
Varsayımlar bozulduğunda yöntemin geçerli kalması; $t$ aralığı için kısmen sağlanır, ki-kare aralığı için sağlanmaz.
Varyans oranı aralığı
$\sigma_1^2/\sigma_2^2$ için $F(n_1-1,n_2-1)$ pivotundan elde edilen aralık; 1'i içeriyorsa eşit varyans reddedilemez.
Tek yönlü varyans sınırı
Yalnızca üst ya da alt sınır veren aralık; $\alpha/2$ yerine $\alpha$ kuyruk alanı kullanılır.

Örnek soru

$X_1,\dots,X_n$ normal $N(\mu,\sigma^2)$ popülasyondan rastgele örneklem ve $S^2$ örnek varyansı olsun. $\sigma^2$ için güven aralığının dayandığı pivot büyüklük aşağıdakilerden hangisinin dağılımına sahiptir?

  1. $(n-1)S^2/\sigma^2 \sim t(n-1)$
  2. $(n-1)S^2/\sigma^2 \sim N(0,1)$
  3. $(n-1)S^2/\sigma^2 \sim \chi^2(n-1)$
  4. $nS^2/\sigma^2 \sim \chi^2(n)$
  5. $S^2/\sigma^2 \sim F(n-1,\,n)$

Doğru cevap: C

Çözüm

1. $\sum Z_i^2 \sim \chi^2(n)$ ve $\bar X$ kullanıldığından bir serbestlik derecesi kaybolur: $V = (n-1)S^2/\sigma^2 = \sum(X_i-\bar X)^2/\sigma^2 \sim \chi^2(n-1)$.
2. $t$ dağılımı ortalama için ($\sigma$ bilinmediğinde), standart normal ise $\sigma$ bilinen ortalama için pivottur (A ve B). D yanlış sd ve yanlış payda (sd $n$ yalnızca $\mu$ bilindiğinde $\sum(X_i-\mu)^2/\sigma^2$ için geçerlidir). E, iki varyansın oranı içindir.
Cevap: C.

İstatistik ve Olasılık: tüm konular