Question

Difficulty: Very hardAsimptotik Yansızlık

Bir araştırmacı, normal dağılıma sahip olduğu bilinen bir popülasyondan nn (n2n \ge 2) birimlik bir rastgele örneklem (X1,X2,,XnX_1, X_2, \dots, X_n) almıştır. Popülasyonun beklenen değeri (μ\mu) ve varyansı (σ2\sigma^2) araştırmacı tarafından bilinmemektedir.

Araştırmacı, dağılımın varyansının karesini (yani θ=σ4\theta = \sigma^4 parametresini) tahmin etmek istemekte ve bunun için en çok olabilirlik (maximum likelihood) tahmin edicisi olan Tn=(1ni=1n(XiXˉ)2)2T_n = \left( \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (X_i - \bar{X})^2 \right)^2 istatistiğini önermektedir.

Buna göre, TnT_n tahmin edicisinin beklenen değeri E(Tn)E(T_n) ve asimptotik yansızlık durumu aşağıdakilerden hangisinde doğru olarak verilmiştir?

  1. A
    E(Tn)=(n1)2n2σ4E(T_n) = \frac{(n-1)^2}{n^2}\sigma^4 ; Asimptotik olarak yansızdır.
  2. B
    E(Tn)=n2+2nn2σ4E(T_n) = \frac{n^2 + 2n}{n^2}\sigma^4 ; Asimptotik olarak yansızdır.
  3. E(Tn)=n21n2σ4E(T_n) = \frac{n^2 - 1}{n^2}\sigma^4 ; Asimptotik olarak yansızdır.Answer
  4. D
    E(Tn)=n1nσ4E(T_n) = \frac{n-1}{n}\sigma^4 ; Asimptotik olarak yansızdır.
  5. E
    E(Tn)=σ4E(T_n) = \sigma^4 ; Yansızdır.

Answer

Doğru yanıt, beklenen değerin (n21)/n2σ4(n^2 - 1)/n^2 \cdot \sigma^4 olduğu ve tahmin edicinin asimptotik olarak yansız olduğunu belirten seçenektir.
Varyansın en çok olabilirlik tahmin edicisi kitle varyansı ile oranlandığında χn12\chi^2_{n-1} dağılımına uyar. İstatistiğin karesi alındığı için çözüm χn12\chi^2_{n-1} dağılımının ikinci momentini (varyans ve beklenen değerin karesinin toplamı) gerektirir. Bu moment (n21)(n^2-1) olarak bulunur. Katsayılar yerine konduğunda beklenen değer n21n2σ4\frac{n^2 - 1}{n^2} \sigma^4 çıkar. Örneklem çapı (nn) sonsuza giderken n21n2\frac{n^2-1}{n^2} ifadesi 1'e yakınsar, bu da tahmin edicinin limit durumunda gerçek parametre olan σ4\sigma^4'ü verdiğini ve dolayısıyla asimptotik olarak yansız olduğunu kanıtlar.

Step-by-Step Solution

1
Varyansın en çok olabilirlik tahmin edicisinin (σ^2\hat{\sigma}^2) dağılımını belirle.
Biliyoruz ki nσ^2σ2=i=1n(XiXˉ)2σ2χn12\frac{n \hat{\sigma}^2}{\sigma^2} = \frac{\sum_{i=1}^n (X_i - \bar{X})^2}{\sigma^2} \sim \chi^2_{n-1} dağılımına sahiptir.
Normal dağılımdan gelen rastgele örneklemlerde, örneklem varyansı ile kitle varyansı arasındaki bu oran her zaman n1n-1 serbestlik dereceli Ki-kare dağılımı gösterir.
2
TnT_n istatistiğini Ki-kare rastgele değişkeni (YY) cinsinden yaz.
Yχn12Y \sim \chi^2_{n-1} dersek, Tn=(σ^2)2=(σ2Yn)2=σ4n2Y2T_n = (\hat{\sigma}^2)^2 = \left( \frac{\sigma^2 Y}{n} \right)^2 = \frac{\sigma^4}{n^2} Y^2 olur.
Beklenen değer hesaplamasını standart bir dağılımın (Ki-kare) momentleri üzerinden yapabilmek için dönüşüm gereklidir.
3
Ki-kare dağılımının ikinci momentini (E(Y2)E(Y^2)) hesapla.
Yχn12Y \sim \chi^2_{n-1} için E(Y)=n1E(Y) = n-1 ve Var(Y)=2(n1)Var(Y) = 2(n-1)'dir. E(Y2)=Var(Y)+[E(Y)]2=2(n1)+(n1)2=2n2+n22n+1=n21E(Y^2) = Var(Y) + [E(Y)]^2 = 2(n-1) + (n-1)^2 = 2n - 2 + n^2 - 2n + 1 = n^2 - 1 bulunur.
Herhangi bir YY rastgele değişkeni için ikinci moment, varyans ile beklenen değerin karesinin toplamına eşittir.
4
TnT_n'nin beklenen değerini hesapla.
E(Tn)=σ4n2E(Y2)=σ4n2(n21)=n21n2σ4E(T_n) = \frac{\sigma^4}{n^2} E(Y^2) = \frac{\sigma^4}{n^2} (n^2 - 1) = \frac{n^2 - 1}{n^2} \sigma^4 elde edilir.
Sabit katsayılar beklenen değer operatörünün dışına çıkarılarak nihai değer bulunur.
5
Asimptotik yansızlık durumunu nn \to \infty limitini alarak kontrol et.
limnE(Tn)=limn(11n2)σ4=σ4\lim_{n \to \infty} E(T_n) = \lim_{n \to \infty} \left(1 - \frac{1}{n^2}\right) \sigma^4 = \sigma^4. Limit değeri σ4\sigma^4'e eşit olduğundan TnT_n asimptotik olarak yansızdır.
Bir tahmin edicinin asimptotik olarak yansız olması için, örneklem çapı sonsuza giderken beklenen değerinin tahmin edilen parametreye eşit olması gerekir.

Key Concept

İstatistiklerin Beklenen Değeri ve Asimptotik Yansızlık
Rate this question