Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Пособие по математической статистике

.pdf
Скачиваний:
214
Добавлен:
02.06.2015
Размер:
4.37 Mб
Скачать

Находим математическое ожидание показательного распределения по формуле:

M[X]=

Шаг 3.

Составляем уравнение:

̅=M[X] ̅= ̃=̅ точечная оценка параметра «а»

Для конкретной выборки получим числовое значение:

а*=̅а

2)Метод максимального правдоподобия.

Имеем выборку объёма «n»: (X1;X2;…;Xn);

f(x)=[

Шаг 1

 

 

 

 

 

 

x

Составляем функцию правдоподобия, которая равна вероятности того, что

компоненты выборочной

совокупности

(Х1 , Х 2 ,..., Х n )

примут фиксированные

значения ( x1 , x2 ,..., xn ).

 

 

 

 

 

 

L(a)=(a

)∙ (a∙ )∙ ∙ (a

)= ∙

=

∙ ∙̅

 

 

lnL(a) n∙lna- n∙∙̅ ∙ .

Шаг 2

Необходимое условие экстремума:

( )= -n∙̅̃=̅ точечная оценка параметра «а»

Для конкретной выборки получим числовое значение:

а*=̅а (оценки совпали)

Нормальное распределение Гаусса.

Пусть генеральная совокупность распределена по нормальному закону

X N(m; )

fx(x)= 12 e

( x m)2 2 2

Стр. 51

f(x)

1/σ√

m

x

1)По методу моментов :m=̅; ̃=̃

;

̃X=

(

̅)

Для конкретной выборки получим числовые значения:

m*=̅≈m; *=

т у акс а ь г

ав

я

Имеем выборку объёма «n»: (X1;X2;…;Xn);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

( x m)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e 2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fx(x)=

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шаг 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составляем функцию правдоподобия, которая равна вероятности того, что

компоненты

выборочной

совокупности

(Х1 , Х 2 ,..., Х n ) примут

фиксированные

значения ( x1 , x2 ,..., xn ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

)

 

 

 

(

)

 

 

 

 

 

(

 

)

 

 

L(m; )=( ∙√

 

 

 

 

 

)∙ ( ∙√

 

 

 

 

)∙ ∙( ∙√

 

 

 

)=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∙∑

(

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=( )

∙( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln L(m;

)= -

 

-

 

-

 

 

 

∙∑

(

 

)

 

(

 

зв ст ы

а а т а

 

 

 

 

 

 

 

являются т и

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шаг 2

Стр. 52

Необходимое условие экстремума:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∙ (

) ∙ ∑(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∙ ∑(

)

 

 

 

 

 

{

 

 

 

 

 

(

)

(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅

{

 

∙ ∑ (

 

 

) {

 

 

∙ ∑ (

) {

 

 

∙ ∑ ( ̅) ̃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m=̅; ̃=̃ ; ̃X= ∑ (

̅)

к с в а )

Замечание 1. Если в данной выборке параметр т известен, то функция

правдоподобия зависит только от одного параметра

2. Проверьте сами, что точечной

оценкой этого параметра является центрированная дисперсия, т.е. 2= .

Замечание 2. Если в данной выборке параметр

2 известен, то функция

правдоподобия зависит только от одного параметра т. Проверьте сами, что точечной оценкой этого параметра является выборочное среднее, т.е. т=̅.

Стр. 53

К атк й

з

т ч ч ы

 

к

а а

т

в

я

с

в ы

ас

й.

Название

 

Определение

 

 

 

 

 

Точечные оценки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

параметров

Биномиальное

 

Х число появлений события А

 

̃= ̅

точечная

(оценивается

в «m» испытаниях

 

Х{0;1;2;…;m}

 

 

оценка параметра Р

параметр

 

Имеем выборку объёма «n»:

 

 

 

 

 

 

 

P*= ̅p

р=р(А))

 

(X1;X2;…;Xn); Хi {0;1;2;…;m}

 

 

 

 

 

 

P{X=Xi}=

*

 

*(

 

)

 

 

 

 

 

 

Распределение

 

Имеем выборку объёма «n»:

 

 

̃

̅ точечная

 

 

 

 

Пуассона

 

(X1;X2;…;Xn);

Хi {0;1;2;…}

 

 

 

оценка параметра

(Оценивается

 

P{X=Xi}=

 

-

 

 

 

 

 

*=̅≈

параметр )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геометрическое

Имеем выборку объёма «n»:

 

 

 

 

 

 

̃

 

 

̅

 

распределение

(X1;X2;…;Xn); Хi {1;2;…}

 

 

 

 

точечная оценка

 

(оценивается

P{X=Xi}=(

)

* p

 

 

 

 

 

параметра Р

 

параметр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

=̅р

 

р=р(А))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Равномерное

f(x)=[

 

 

 

{

̃

 

 

̅

 

 

̃

 

распределение

 

 

̃

 

 

̅

 

 

̃

 

̅

 

 

 

 

 

 

 

 

на отрезке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅

 

X R[a;b]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{

 

;

1/b-a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅

(оцениваются

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*=

 

 

 

параметры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а и b)

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Показательное

f(x)=[

 

 

 

 

 

̃=̅ точечная оценка

 

распределение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

параметра «а»

 

Х ехр(а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а*=

 

а

 

(оценивается

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

параметр «а»)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормальное

 

1

( x m)2

m=

̅

;

̃=

√̃

;

 

 

распределение

 

e

2 2

 

 

 

 

fx(x)=

̃X=

 

(

 

 

̅)

 

X N(m; )

2

 

 

 

 

 

 

(оцениваются

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m*=̅≈m;

 

Параметры

1/σ√

 

 

 

*

=

 

 

 

 

m и )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

Стр. 54

§2 Решение типовых задач

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеем две состоятельные и несмещённые оценки параметра :

̃

и

̃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̃

 

 

 

̃

]=8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть D[

=16; D[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)Какая из оценок более эффективная для параметра ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̃

 

 

 

̃

=1, n=100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)Найти М[

 

 

 

и М[

, если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̃

3)Найти относительную эффективность оценки

относительно оценки .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̃

=16

>

̃

]=8, то оценка

̃

 

более эффективная

.

 

 

 

 

 

1)Т.к. D[

D[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̃

 

 

 

̃

 

 

 

 

2)По определению несмещённой оценки имеем:

М[

 

= =1;

М[

 

 

 

= =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) Отношение

D

̃

1n /D

̃

2n

называется относительной эффективностью оценки ̃2n

 

 

 

 

 

 

 

 

относительно оценки ̃1n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

̃

1n /D

̃

2n

=16/8=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̃

оценка параметра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть статистика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̃

 

 

 

 

 

; пусть =-2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M[

 

]=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определить величину смещения, если n=38.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̃

 

 

 

 

 

 

=-1,875 оценка смещённая.

 

 

 

 

 

 

При n=38 M[ ]=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величина смещения

=M[

̃

n]-

= -1.875+2=0,185>0 с щ

 

 

 

в

 

ав

 

 

 

 

 

ε=0,185

х

θ=2

̃

 

M[ ]= -1,875

Стр. 55

Задача 3.

Пусть Х генеральная совокупность; M[X]=m= -3; D[X]=25; n=200.

1)Найти точечные оценки для математического ожидания и дисперсии (записать основные статистики)

2)Указать основные свойства этих статистик (состоятельность и несмещённость)

3)Найти математические ожидания всех статистик для данной выборки.

Решение

1)и 2) пункты приведены в таблице

 

3)M[

̅

]= -3; M[D*X]=

 

 

*25=24,875; M[S2]=25; M[S02]=25.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 4

 

 

 

 

Пусть Х генеральная совокупность. Имеем две выборки:

1;X2;…; ) (Y1;Y2;…; );

̃ ; ̃ исправленные выборочные дисперсии

 

Рассматривается статистика ̃=

(

) ̃ (

)̃

 

 

 

 

 

 

Пусть генеральная дисперсия D[X]= 2

1) Доказать, что статистика ̃ а)состоятельная и б)несмещённая оценка

генеральной дисперсии

2) Найти M[ ̃ , если n1=50; n2=60; 2=49.

Решение

а)Проверим состоятельность

Заметим, что исправленные выборочные дисперсии являются состоятельными оценками, т.е. ̃ 2, ̃ 2 при n (по вероятности)

̃

=

( ) ̃ ( )̃

=

( ) ̃

+

( )̃

 

 

(

)

+

(

)

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n ∞

̃ 2 (n ) состоятельная оценка

б)Проверим несмещённость

Заметим, что исправленные выборочные дисперсии являются несмещёнными оценками, т.е. M[̃=M[̃]= 2

Стр. 56

 

 

 

 

(

) ̃

]+M[

(

)̃

]=

(

)

+

(

)

=

2

 

 

M[

̃

 

= 2

M[

̃

 

=M[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

несмещённая оценка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

M[

̃

= 2=49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х генеральная совокупность (имеем биномиальное распределение с параметром р)

Пусть в каждой серии проводилось 40 испытаний по схеме Бернулли.

Всего было проведено 50 серий при этом

=100.

1)Записать закон распределения генеральной совокупности для произвольной выборки

2)Найти оценку параметра «р» по данной выборке. 3)Для найденного значения р найти P{X=3}

Решение

1)В каждом испытании событие А появляется с вероятностью р=р(А) (р неизвестный параметр, который нужно оценить)

Х число появлений события А в «m» испытаниях Х{0;1;2;…;m}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеем выборку объёма «n»:

 

(X1;X2;…;Xn);

Хi {0;1;2;…;m}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P{X=Xi}=

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

*

(

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅=

 

 

 

 

 

 

 

2)р*=

; ̅=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*100=2; m=40;p

*=2/40=0,05р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)Т.к. имеем большое число испытаний, то для нахождения соответствующей вероятности используем приближённую формулу Пуассона:

Р{X=k}≈ *

 

 

 

 

 

; =̅ P{X }≈

 

*

 

≈ ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача6

Х генеральная совокупность распределена по закону Пуассона с неизвестным параметром .

1)Записать закон распределения по произвольной выборке.

2)Проведена выборка объёма n=500, причём

=1000.

Найти оценку параметра .

 

Стр. 57

3)Для полученного значения найти P{X 2}.

Решение:

1) Пусть Х генеральная совокупность распределена по закону Пуассона с параметром .

Имеем выборку объёма «n»: (X1;X2;…;Xn); Хi {0;1;2;…}

 

 

 

 

P{X=Xi}=

-

 

* ̅

;

̅

 

̅

=

*

=2

2) =

=

 

*1000=2

3) P{X 2}=1-(P{X=0}+p{X=1})=1-e-2-2*e-20,593

Задача7.

Х генеральная совокупность имеет геометрическое распределение. 1)Записать закон распределения по произвольной выборке.

2) Проведена выборка объёма n=400, причём =800.

Найти оценку параметра р.

3)Для найденного значения р найти p{X=3}

Решение

1) Пусть проводится серия из «n» испытаний. В каждом испытании опыты проводятся до первого появления события А, вероятность которого

р(А)=р неизвестный параметр для которого нужно найти точечную оценку.

Х число опытов в каждом испытании; Х {1;2;3;…}

Имеем выборку объёма «n»: (X1;X2;…;Xn); Хi {1;2;…}

P{X=Xi}=( ) * p

2)р*=̅ ̅= ∑ ̅= *800=2 р*=0,5

3) p{X=3}=(1-р)2*р=0,53=0,125

Задача 8

Х генеральная совокупность распределена равномерно на отрезке [a;b].

1)Записать закон распределения Х

2) П в

а вы ка ъё а

, причём

=400;

=1000.

Стр. 58

Найти оценку параметров a; b

3)Найти для найденных параметров P{X [0;0,5]}

Решение:

1) f(x)=[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

̅

 

 

 

 

;

 

 

̅

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅=

 

 

̅

 

 

 

 

 

̅̅̅

 

 

 

 

 

=

 

*400=2;

 

̅̅̅=

 

=

 

*1000=5

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx*=̅̅̅̅-(̅)2 D*x=5-4=1 *x=1 a*=2-0,27; b*=2+√ ≈3,73

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x)=[

 

̅

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x)

1/2√

x

 

 

 

,

0,2

0,5

3,73

 

 

 

 

 

F(x)=[

 

,

,

,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,7

 

 

 

F(x)

1

x

0,2 3,73

Стр. 59

3)P{X [0;0,5]}= , , 0,067

Задача 9.

Х генеральная совокупность распределена по показательному закону с неизвестным параметром а.

1)Записать закон распределения Х.

2) Проведена выборка объёма n=200, причём =100.

Найти оценку параметра р.

3)Для найденного значения параметра «а» найти P{X>1}.

Решение

1) f(x)=[

 

 

 

 

 

 

̅

 

 

*100 ̅=0,5

 

 

2)а*=

 

̅=

 

 

=

 

а*=2а

 

 

 

 

 

 

̅

 

 

 

 

 

 

 

f(x)=[

 

 

 

 

f(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

F(x)=[

 

 

 

 

 

 

 

x

F(x)

1

3) P{X>1}=1-F(1)= 0,135

1

x

Задача10

Х генеральная совокупность распределена по нормальному закону, причём

генеральное математическое ожидание известно m=2, но неизвестен параметр .

Стр. 60