Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Аксенчик А. В. - Теория вероятностей и мат статистика. Уч. мет. пос.pdf
Скачиваний:
33
Добавлен:
17.03.2016
Размер:
1.92 Mб
Скачать
Тогда из (12.6) получаем точечную оценку коэффициента :

 

n

n

 

0,

 

 

yi n xi

 

 

i 1

i 1

 

 

(12.6)

 

n

n

 

n

 

 

 

 

 

 

2

0.

yixi

xi

xi

i 1

i 1

 

i 1

 

 

n

 

n

 

 

n

 

n

1

n

Учтем, что xi

(xi

 

x

) xi

nx

xi n

 

xi 0.

 

i 1

 

i 1

 

 

i 1

 

i 1

n i 1

 

 

1

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

ˆ

yi

yi .

 

 

 

 

 

 

 

(12.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

Из второго уравнения (12.6) имеем

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

yixi

 

 

 

ˆ

 

ˆ

 

 

 

2

 

 

 

i 1

 

 

 

 

y x

 

x

 

 

x

 

0,

 

 

 

 

(12.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

i c

 

 

i

i

 

 

 

Иn

 

 

i 1

 

 

i 1

i 1

 

 

У

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

После определения точечных оценок обычно проверяют предположение о

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

виде эмпирической функции регрессии: линейная она или нелинейная. На прак-

тике условное математическое ожидание M[Y / X] (X)

(или уравнение рег-

рессии 1-го рода) часто считают линейной функцией, т.

е. (x) x. Это

вует ли линейная функци нальная зависимость между математическим ожида-

предположение является гипотезой, отор я проверяется путем оценки коэф-

фициента корреляции.

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Корреляционный анализ это анализ оценок коэффициента корреляции

M

 

(X m

)(Y m

 

)

 

/

 

 

, ко орый позволяет ответить на вопрос, сущест-

 

y

 

y

 

x

 

 

x

 

е

 

 

 

 

 

 

 

т

 

нием случайной

X и случайной величины Y. Если ответ положитель-

ный, то метод корреляц

нн го анализа позволяет измерить степень близости

статистической зав смости(т. е. экспериментальных данных) к функциональ-

ной.

 

 

 

величины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

12.3. Коэффициент корреляции (оценки)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

изучении курса теории вероятностей в разделе 4.2 мы определили

 

При

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ковариацию или корреляционный момент

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

Kxy

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.9)

 

 

 

 

 

 

 

 

M (x mx )(y my )

 

 

и коэффициент корреляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kxy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xy

 

 

 

 

M (X mx )(Y my )

 

.

(12.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

 

147

Для оценки связи между случайными величинами X и Y применяют то-

чечные оценки Kˆxy xy , которые называются эмпирическим корреляционным моментом и эмпирическим коэффициентом корреляции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kˆxy

(xi

 

 

x

)(yi

y

),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kˆxy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

(xi

x

)(yi

y

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xy

 

x y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

(xi

 

x

2)

 

 

 

 

1

(yi

y

2)

 

 

 

 

(12.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем связь между точечной оценкой коэффициента линейного урав-

нения регрессии (12.2) и оценкой коэффициента корреляции ˆxy .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преобразуем Kˆxy (12.11):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

(x y x y xy x y) (

 

 

 

x y

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

y

 

 

x y)

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x x

 

 

 

xy

 

 

i

i

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

i

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

iУ

(12.13)

 

 

1

( xi yi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ny

x

n

x

y

 

nx

 

 

 

y

)

yi

 

 

x

y

 

xy

 

x

y

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим оценку ˆ (12.8). Преобр зуем выражение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yi (xi

xi ) yixi

 

 

 

x yi

 

yixi

nx y (yixi

x y)

 

 

 

 

yixi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

1

xi yi

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yi

n

nxy

 

 

nxy nx

 

y

n(xy

xy

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данное выражение

пределяется через выборочную дисперсию Sx2 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(xi x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

nSx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда оценка ˆ

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.8) определится через Kxy, xy так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

ˆ

 

 

n(

xy

 

x

 

y

)

 

 

 

 

 

 

 

 

Kˆxy Sy

 

 

 

 

 

 

Kˆxy Sy

ˆ

 

Sy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nSx2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sx2 Sy

 

 

 

SxSy Sx

 

Sx

,

 

 

 

(12.14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Sx2

1

(xi

x

)2,

 

 

 

Sy2

1

(yi

 

y

)2 – выборочные дисперсии.

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение линейной регрессии (12.2) будет иметь вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y ˆ

ˆ

 

 

 

Sy

 

x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xy

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

148

Влияние значений коэффициента корреляции xy на функциональную за-

висимость между X и Y иллюстрирует рис. 12.2.

Y

 

Y

xy

=+1

б

а

 

xy =-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

И

X

Y

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

У

 

 

между X и Y существует

 

г

 

между X и Y существует линейная

 

линейная положительная

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

отрицательная зависимость

 

 

 

зависимость

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

xy=0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

xy =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вует

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

между X и Y сущес

 

 

 

 

X и Y независимы, некоррелированны

положительная вер я н с ная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зав с м сть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

о

 

Рис. 12.2

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чем

иже по модулю коэффициент корреляции к единице, тем точнее

линейная зависимость между случайными величинами Х и Y, (тем ближе к ли-

нии регресс

располагаются точки на диаграмме рассеивания). Чем ближе ˆxy

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к нулюи, тем слабее эта зависимость. Говорят, что при ˆxy 0 (см. рис. 12.2, а, в)

между X Y существует положительная корреляция. При ˆxy < 0 (см. рис. 12.2, б)

между X и Y существует отрицательная корреляция. При ˆxy = 0 (см. рис. 12.2, г)

X и Y некоррелированны.

Поскольку коэффициент корреляции ˆxy характеризует степень линейной зависимости, то при ˆxy = 0 может оказаться, что между Х и Y существует нели-

нейная связь.

149

12.4. Построение доверительных интервалов для коэффициентов уравнения регрессии

Доверительные интервалы для коэффициентов уравнения регрессии позволяют для заданной доверительной вероятности p 1 выяснить, насколько сильно могут отклоняться коэффициенты эмпирической функции регрессии от соответствующих коэффициентов модельной функции регрессии. Это позволит оценить точность определения коэффициентов уравнения регрессии, корректировать объемы выборки для проведения теоретических исследований.

В разделе 12.2 были определены точечные оценки коэффициентов уравнения регрессии по выборочным данным:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yixi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yi ,

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

И

(12.16)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислим дисперсии точечных оценок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и , т. е. определим рассеива-

ние случайной величины Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

относительно линии регрессии x. Ранее мы по-

ложили (см. раздел 12.1), что i

 

– величина ошибкиБ, которая распределена по

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нормальному закону M[ i] 0

и D[ i]

 

; ( i

 

 

 

 

 

 

xi x) . По-

 

 

yi xi ,

xi

лагая, что дисперсия Y постоянная и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зависитот Х, можно xi рассматривать в

последующих преобразованиях как постояннуюк

 

величину. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 n

 

 

не

 

 

 

 

 

 

1

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

D[ ] D[

 

 

 

yi] D[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i)]

 

2

 

 

 

 

i )]

 

 

 

 

 

 

 

( xi

 

 

D[( xi

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

(12.17)

 

1

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

i

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

]

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

]

 

 

 

 

 

 

 

 

yixi

 

 

 

D[yixi

 

 

 

xiD[yi]

 

 

xiD[yi

 

 

 

 

 

D[ ] D[ i 1

 

 

 

 

]

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

( xi

)

 

 

 

 

 

 

 

( xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( xi )

 

 

 

 

 

 

 

 

n

бi 1

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

n

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

]

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

иx D[

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.18)

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

2

 

2

 

 

 

 

 

n

 

 

 

2

 

 

2

 

 

n

 

 

2

 

2

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( xi

 

 

 

 

 

 

 

( xi

 

 

 

 

( xi

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150

 

 

 

Заменяя

дисперсию

2

на

оценку

S2 , определяемую как

 

2

 

1 n

 

2

 

1

n

2

 

 

 

nS2

S

 

 

 

(yi xi)

 

 

 

i ,

можно показать,

что величина

 

 

имеет за-

 

 

 

 

 

2

 

 

 

n i 1

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

кон распределения 2

с (n – 2) степенями свободы.

 

 

 

 

 

 

 

Для получения доверительного интервала для коэффициента возьмем

разность между точечной оценкой ˆ

и коэффициентом : ˆ .

Нормируем

ее, разделим на D[ˆ]

и обозначим как V:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D[ˆ]

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично для коэффициента :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

ˆ

 

 

 

(12.20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D[ˆ]

 

 

 

 

 

И

Подставляя в (12.19), (12.20) выражения (12.17), (12.18) и разделив (12.19),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.20) на

 

nS

/(n 2) , получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

имеют

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

W

 

.

 

(12.21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nS

/(n 2)

 

 

к

nS

/(n 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эти

случайные величины

 

 

 

 

 

 

 

закон

распределения

Стьюдента с

= n – 2 степенями

свободы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зная закон распределения случайной величины V (плотность распределе-

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ния f(v) закона распределениятСтьюдента), можно найти вероятность ее попа-

дания в интервал ] Vp,

Vp[:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P( V

p

V V

p

)

 

 

 

f (V)dV p 1 .

 

 

(12.22)

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из условия (12.22) для заданной доверительной вероятности p 1 и

числаистепеней свободы = n – 2 по таблицам распределения Стьюдента нахо-

дим квантили Vp t /2, n 2 . Считая Vp

известными и подставляя вместо V выра-

жение (12.21) в правую часть выражения (12.22), получим неравенство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vp .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S 1 (n 2)

 

 

 

 

 

 

 

151

Решая неравенство относительно , находим доверительный интервал для коэффициента :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vp

 

 

 

 

 

Vp

 

 

 

 

.

 

 

 

 

(12.23)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 2

 

 

 

 

Аналогично поступим для случайной величины W , записывая условие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P( Wp W Wp)

 

 

 

f (W)dW p 1 .

 

 

(12.24)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяя квантили Wp

по таблицам распределения Стьюдента, решаем

неравенство в правой части (12.24):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 2

 

W

p

.

 

 

 

 

 

 

(12.25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

n

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S 1 xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из (12.25) получаем доверительный интервал для коэффициентаУ :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

n 2

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

n 2

 

 

 

 

 

W

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

p

 

 

 

 

 

 

 

 

.

(12.26)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

152

ЧАСТЬ 3. СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ

 

 

 

 

Р

 

 

 

И

ГЛАВА 13. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

 

Г

 

 

 

Б

У

 

13.1. Основные понятия

 

Пусть задано вероятностное пространство ( ,F,P), где – пространст-

а

 

 

 

во элементарных событий, F – -алгебра событий, Р – вероятностная мера.

к

 

элемент и t – свобод-

Рассмотрим функцию (t, ) двух аргументов, где

ный аргумент, обычно время.

Случайным процессом называ тся случайная величина (t, ), заданная

 

 

 

то

( ,F,P)

1

1

на вероятностном пространстве

. Так как параметр t интерпретиру-

ется как время, то если t = (0,1,2,…),ето говорят что (t, ) – процесс с дис-

 

 

о

 

о (t, )

процесс с непрерывным временем.

кретным временем; если t [0;T],

 

Пусть

приняло

 

конкретное значение . Тогда x(t) (t, )

 

как е-

л

 

 

 

 

 

 

будет функцией только аргумента t и называется реализацией случайного

процесса. Друг ми с овами, реализация – это тот вид, который принимает случайный процессбв результате какого-то конкретного опыта (рис. 13.1). В каж-

дом опыте на юдается своя реализация x(t) случайного процесса (СП). Сово-

купностьиреализаций {x(t)} носит название ансамбля. Значение случайного процессаБв некоторый момент времени t называется отсчетом.

Рассмотрим отсчет x1 случайного процесса х(t) в момент времени t1: x1 = x(t1), (см. рис. 13.1).

153