本文已参与「新人创作礼」活动,一起开启掘金创作之路。
抽样分布
一、三大抽样分布
1. χ2分布
定义
设X1,X2,⋯,Xn为来自总体N(0,1)的简单随机样本,则称统计量X2=X12+X22+⋯+Xn2服从于自由度为n的χ2分布,记作X2∼χ2(n)
性质
- χ2分布的可加性:设X∼χ2(m),Y∼χ2(n),且X与Y相互独立,则X+Y∼χ2(m+n)
- 期望与方差:若X∼χ2(n),则E(X)=n),D(X)=2n
χ2分布的上分位点
对于给定的正数α(0<α<1),若满足P{X>χα2(n)}=α,则称点χα2(n)为χ2(n)分布的上α分位点
2. F分布
定义
设X∼χ2(m),Y∼χ2(n),且X与Y互相独立,则称随机变量F=Y/nX/m服从自由度为(m,n)的F分布,记为F∼F(m,n)
性质
若F∼F(m,n),则F1∼F(n,m)
F分布的上分位点
对于给定的正数α(0<α<1),若满足P{F>Fα(m,n)},则称点Fα(m,n)为F(m,n)分布的上α分位点
3. t分布
定义
设X∼N(0,1),Y∼χ2(n),且X与Y相互独立,则称随机变量t=Y/nX服从自由度为n的t分布,记作t∼t(n)
t分布的上分位点
对于给定的正数α(0<α<1),若满足P{t>tα(n)}=α,则称点tα(n)为t(n)分布的上α分位点
二、六大统计量
1. 单正态总体
设X1,X2,⋯,Xn为来自总体N(μ,σ2)的样本,Xˉ为样本均值,S2为样本方差
Xˉ=n1i=1∑nXi,S2=n−11(i=1∑nXi2−nXˉ2)
E(Xˉ)=E(n1i=1∑nXi)=n1E(X1+⋯+Xn)=n1(EX1+⋯+EXn)=μ
D(Xˉ)=D(n1i=1∑nXi)=n21D(X1+⋯+Dn)=n21(DX1+⋯+DXn)=nσ2
E(S2)=E[n−11(i=1∑nXi2−nXˉ2)]=n−11[i=1∑nE(Xi2−nE(Xˉ2))]=n−11{i=1∑n[DXi+(EXi)2]−n[DXˉ+(EXˉ)2]}=n−11[n(σ2+μ2)−n(nσ2+μ2)]=σ2
- σn(Xˉ−μ)∼N(0,1)
∵Xˉ∼N(μ,nσ2)
∴nσ2Xˉ−μ∼N(0,1)
得证
- σ2(n−1)S2∼χ2(n−1),且Xˉ与S2相互独立
- S/nXˉ−μ∼t(n−1)
∵σn(Xˉ−μ)∼N(0,1),σ2(n−1)S2∼χ2(n−1)
∴σ2(n−1)S2/(n−1)σn(Xˉ−μ)∼t(n−1)
得证
2. 双正态总体
设X1,X2,⋯,Xn1与Y1,Y2,⋯,Yn2分别是来自正态总体N(μ1,σ12)和N(μ2,σ22)的样本,且这两个样本相互独立,设Xˉ=n11i=1∑n1Xi,Yˉ=n21i=1∑n2Yi分别是这两个样本的样本均值;S12=n1−11i=1∑n1(Xi−Xˉ)2,S22=n2−11i=1∑n2(Xi−Xˉ)2
- n1σ12+n2σ22(Xˉ−Yˉ)−(μ1−μ2)∼N(0,1)
∵Xˉ∼N(μ1,n1σ12),Yˉ∼N(μ2,n2σ22)
∴Xˉ−Yˉ∼N(μ1−μ2,n1σ12+n2σ22)
∴n1σ12+n2σ22(Xˉ−Yˉ)−(μ1−μ2)∼N(0,1)
得证
- S22/σ22S12/σ21∼F(n1−1,n2−1)
∵σ12(n1−1)S12∼χ2(n1−1),σ22(n2−1)S22∼χ2(n2−1)
∴σ22(n2−1)S22/(n2−1)σ12(n1−1)S12/(n1−1)∼F(n1−1,n2−1)
得证
6. 若σ12=σ22=σ2,则Swn11+n21(Xˉ−Yˉ)−(mu1−μ2)∼t(n1+n2−2),其中Sw=n1+n2−2(n1−1)S12+(n2−1)S22
∵σ12(n1−1)S12+σ22(n2−1)S22=σ2(n1−1)S12+(n2−1)S22∼χ2(n1+n2−2)
故n1σ12+n2σ22(Xˉ−Yˉ)−(μ1−μ2)/σ2(n1−1)S12+(n2−1)S22/(n1+n2−2)∼t(n1+n2−2)
得证