Soru

Zorluk: OrtaDoğrusal Dönüşümlerin Dağılımı

XX, p×1p \times 1 boyutlu bir rastgele vektör olmak üzere, μ\mu ortalama vektörü ve Σ\Sigma varyans-kovaryans matrisi ile çok değişkenli normal dağılıma sahiptir. Bu durum X∼Np(μ,Σ)X \sim N_p(\mu, \Sigma) şeklinde ifade edilmektedir.

XX vektörü üzerinden iki farklı doğrusal dönüşüm tanımlanmıştır:
I. Y=AX+bY = AX + b (Burada AA, q×pq \times p boyutlu sabit bir matris ve bb, q×1q \times 1 boyutlu sabit bir vektördür)
II. Z=c′XZ = c'X (Burada cc, p×1p \times 1 boyutlu sabit bir sütun vektörüdür)

Buna göre, YY vektörünün varyans-kovaryans matrisi (Cov(Y)Cov(Y)) ile ZZ değişkeninin varyansı (Var(Z)Var(Z)) sırasıyla aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir?

  1. A
    A′ΣAA'\Sigma A ve cΣc′c\Sigma c'
  2. B
    AΣA\Sigma ve c′Σc'\Sigma
  3. AΣA′A\Sigma A' ve c′Σcc'\Sigma cCevap
  4. D
    AΣA′A\Sigma A' ve cΣc′c\Sigma c'
  5. E
    AΣA′A\Sigma A' ve c′cc'c

Cevap

Doğrusal dönüşümlerin dağılım kuralına göre Cov(AX+b)=AΣA′Cov(AX+b) = A\Sigma A' ve Var(c′X)=c′ΣcVar(c'X) = c'\Sigma c olmalıdır. Bu matematiksel gerçekleri sağlayan ifade AΣA′A\Sigma A' ve c′Σcc'\Sigma c'nin birlikte yer aldığı seçenektir.
Y=AX+bY = AX + b vektörünün varyans-kovaryans matrisi AΣA′A\Sigma A' olarak hesaplanır. Toplam durumundaki sabit bb vektörü varyansa etki etmez. Z=c′XZ = c'X ifadesi 1×p1 \times p boyutunda özel bir doğrusal dönüşümdür ve varyansı c′Σcc'\Sigma c şeklinde 1×11 \times 1 boyutunda skaler bir değer olarak elde edilir. Verilen kurallara ve boyut uyumluluklarına en uygun gösterim budur.

Adım Adım Çözüm

1
Y=AX+bY = AX + b doğrusal dönüşümünün varyans-kovaryans matrisinin hesaplanması.
Cov(Y)=A⋅Cov(X)⋅A′=AΣA′Cov(Y) = A \cdot Cov(X) \cdot A' = A\Sigma A' karesel formu elde edilir.
Sabit matris (AA) ile çarpılan rastgele vektörlerin varyans hesabında sabit matris önden, matrisin transpozu (A′A') ise sondan çarpılır. Eklenti halindeki sabit vektörün (bb) varyansa etkisi yoktur.
2
Z=c′XZ = c'X tek değişkenli doğrusal kombinasyonunun varyansının hesaplanması.
Var(Z)=c′⋅Cov(X)⋅(c′)′=c′ΣcVar(Z) = c' \cdot Cov(X) \cdot (c')' = c'\Sigma c skaler değeri elde edilir.
Bir sütun vektörünün (cc) transpozu olan satır vektörü (c′c'), tıpkı AA matrisi gibi bir dönüşüm operatörüdür. Sağdan transpozunun alınması kuralında (c′)′=c(c')' = c olacağından varyans c′Σcc'\Sigma c biçimine dönüşür.

Anahtar Kavram

Çok Değişkenli Normal Dağılımda Doğrusal Dönüşümlerin Varyansı
Bu soruyu puanla