Практикум по математической статистике. Панков А.Р - 23 стр.

UptoLike

Составители: 

44 МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ТОЧЕЧНЫХ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОВ § 7.
Решая полученное уравнение относительно θ, находим
b
θ
n
=
n
X
k=1
X
k
Nn
=
=
X
n
N
. Оценка
b
θ
n
будет несмещенной, сильно состоятельной и асимпто-
тически н ормальной.
П р и м е р 7.4. Дана гауссовская выборка Z
n
= {X
k
, k = 1, . . . , n}, где
X
k
N(θ
1
; θ
2
). Найти МП-оценку средне го θ
1
и дисп ерсии θ
2
> 0.
Р е ш е н и е. По условию для x R
1
и θ = {θ
1
, θ
2
}
имеем
p(x; θ) =
1
p
2πθ
2
exp
(x θ
1
)
2
2θ
2
. Поэтому
L
n
(θ; Z
n
) =
n
Y
k=1
p (X
k
; θ) = (2πθ
2
)
n
2
exp
(
1
2θ
2
n
X
k=1
(X
k
θ
1
)
2
)
.
Отсюда
L
n
(θ) = ln L
n
(θ; Z
n
) =
n
2
ln(2π)
n
2
ln θ
2
1
2θ
2
n
X
k=1
(X
k
θ
1
)
2
.
Для нахождения максимума функции
L
n
(θ) по θ воспользуемся уравне-
ниями правдоподобия (7.8):
L
n
(θ)
θ
1
=
1
θ
2
n
X
k=1
(X
k
θ
1
) = 0
L
n
(θ)
θ
2
=
n
2θ
2
+
1
2θ
2
2
n
X
k=1
(X
k
θ
1
)
2
= 0.
Решая полученную систему уравнений относительно θ
1
и θ
2
, находим
требуемые оценки
b
θ
1
и
b
θ
2
:
b
θ
1
=
1
n
n
X
k=1
X
k
= X
n
;
b
θ
2
=
1
n
n
X
k=1
(X
k
X
n
)
2
= S
n
2
.
Итак, выборочное среднее
X
n
и выборочная дисперсия S
n
2
являются
МП-оценками, соответственно, математического ожидания θ
1
и диспер-
сии θ
2
по гауссовской выборке. Из результатов примеров 5.2 и 5.3 следует,
что
b
θ
1
несмещенная и сильно состоятельная оценка θ
1
,
b
θ
2
асим-
птотически несмещенная и сильно состоятельная оценка для θ
2
. Можно
показать, что обе оценки асимптотически нормальны.
§ 7. МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ТОЧЕЧНЫХ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОВ 45
7.3. Задачи для самостоятельного решения.
1. Доказать, что оценки параметров, построенные в примерах 7.1 и 7.3,
являются асимптотически несмещенными и сильно состоятельными.
У к а з а н и е. Использовать асимптотические свойства выборочных момен-
тов (см. разделы 4 и 5).
2. Выборка объема n порождена СВ X E(θ), θ > 0. Найти МП-оценку
параметра θ и до казать ее сильную состоятельность.
О т в е т.
b
θ
n
=
1
X
n
.
3. Выборка объема n соответствует распределению Пуассона Π(θ), θ > 0.
Найти МП-оценку для θ, доказать ее несмещенность, сильную состоятельность
и асимптотическую нормальность.
О т в е т.
b
θ
n
=
X
n
.
4. Выборка {X
k
, k = 1, . . . , n} порождена СВ X E(θ
1
, θ
2
), θ
2
> 0, т.е.
p
X
(x) =
(
θ
2
exp{−θ
2
(x θ
1
)}, если x > θ
1
,
0, если x < θ
1
.
Найти оценки параметров θ
1
и θ
2
методом моментов. Доказать сильную состо-
ятельность полученных оценок.
О т в е т.
b
θ
1
=
X
n
S
n
;
b
θ
2
=
1
S
n
.
5. Выборка Z
n
соответствует распределению Рэлея с функцией распреде-
ления F (x; θ) = 1 exp
x
2
θ
, x > 0, θ > 0. Найти МП-оценку параметра
θ.
О т в е т.
b
θ
n
=
1
n
n
X
k=1
(X
k
)
2
.
6. Выборка Z
n
= {X
k
, k = 1, . . . , n} объема n = 2m + 1 (m натуральное)
соответствует распределению Лапласа с плотностью p(x; θ) =
1
2
exp{−|x θ|}.
Найти МП-оценку параметра θ.
О т в е т.
b
θ
n
= X
(m+1)
.
7. В условиях задачи 6 для случая n = 2m показать, что МП-оценкой д ля
θ является любая статистика вида
b
θ
n
= (1 λ)X
(m)
+ λX
(m+1)
, λ [0; 1].
8. Пусть
b
θ
n
МП-оценка параметра θ распределения Бернулли Bi(1; θ).
Показать, что последовательность
n(
b
θ
n
θ) асимпотически нормальна с
параметрами (0; θ(1 θ)).
У к а з а н и е. См. пример 7.3.
9. Выборка Z
n
соответствует нормальному р аспределению с параметрами
(
θ; 2), θ > 0. Найти МП-оценку для θ.
О т в е т.
b
θ
n
= (
X
n
)
2
, если X
n
> 0 и
b
θ
n
= 0 в противном случае.
44            МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ТОЧЕЧНЫХ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОВ                                     § 7.   § 7.                МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ТОЧЕЧНЫХ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОВ                45

                                                                                     n
                                                                                     X
                                                                                           Xk                7.3. Задачи для самостоятельного решения.
                                                                                                         1. Доказать, что оценки параметров, построенные в примерах 7.1 и 7.3,
Решая полученное уравнение относительно θ, находим θbn =                             k=1
                                                                                                =     являются асимптотически несмещенными и сильно состоятельными.
                                                                                      Nn
   X                                                                                                     У к а з а н и е. Использовать асимптотические свойства выборочных момен-
= n . Оценка θbn будет несмещенной, сильно состоятельной и асимпто-                                   тов (см. разделы 4 и 5).
   N
тически нормальной.                                                                                      2. Выборка объема n порождена СВ X ∼ E(θ), θ > 0. Найти МП-оценку
   П р и м е р 7.4. Дана гауссовская выборка Z n = {X k, k = 1, . . . , n}, где                       параметра θ и доказать ее сильную состоятельность.
X k ∼ N (θ 1; θ 2). Найти МП-оценку среднего θ 1 и дисперсии θ 2 > 0.                                                      1
                                                                                                         О т в е т. θbn =    .
                                             1                     ⊤                                                         Xn
   Р е ш е н и е. По   условию для x ∈ R и θ = {θ 1, θ 2} имеем
                                       2                                                                  3. Выборка объема n соответствует распределению Пуассона Π(θ), θ > 0.
             1          (x − θ 1)
p(x; θ) = p       exp −                    . Поэтому                                                  Найти МП-оценку для θ, доказать ее несмещенность, сильную состоятельность
            2πθ 2          2θ 2                                                                       и асимптотическую нормальность.
                                                            (                         )                   О т в е т. θbn = X n.
                     n
                     Y                                          n
                                                −n          1 X                                           4. Выборка {X k, k = 1, . . . , n} порождена СВ X ∼ E(θ 1, θ 2), θ 2 > 0, т.е.
     L n(θ; Z n) =         p (X k; θ) = (2πθ 2)  2   exp −        (X k − θ 1)2             .
                                                           2θ 2                                                                   (
                     k=1                                             k=1                                                            θ 2exp{−θ 2(x − θ 1)} , если x > θ 1,
                                                                                                                         pX (x) =
Отсюда                                                                                                                              0,                      если x < θ 1.
                                                                     n
                                       n             n           1 X                                  Найти оценки параметров θ 1 и θ 2 методом моментов. Доказать сильную состо-
     L n(θ) = ln L n(θ; Z n) = − ln(2π) −              ln θ 2 −        (X k − θ 1)2 .
                                       2             2          2θ 2                                  ятельность полученных оценок.
                                                                         k=1                                                               1
                                                                                                         О т в е т. θb1 = X n − S n; θb2 =   .
                                                                                                                                                 Sn
Для нахождения максимума функции L n(θ) по θ воспользуемся уравне-
ниями правдоподобия (7.8):                                                                               5. Выборка Z n соответствует
                                                                                                                               2 ff распределению Рэлея с функцией распреде-
                                                                                                                                 x
                           n                                                                         ления F (x; θ) = 1 − exp −    , x > 0, θ > 0. Найти МП-оценку параметра
               ∂L n(θ)    1 X                                                                                                                θ
            
                      =      (X k − θ 1) = 0
                      ∂θ 1       θ2                                                                  θ.
                                                                                                                                  n
                                       k=1                                                                                    1
                                                                                                             О т в е т. θbn =         (X k)2 .
                                                                                                                                  X
                                                    n
                                                    X
               
                ∂L n(θ)    n   1                                    2                                                       n
                        =−   + 2                        (X k − θ 1) = 0.                                                         k=1
                       ∂θ 2         2θ 2     2θ 2                                                            6. Выборка Z n = {X k, k = 1, . . . , n} объема n = 2m + 1 (m — натуральное)
                                                    k=1
                                                                                                                                                                         1
   Решая полученную систему уравнений относительно θ 1 и θ 2, находим                                 соответствует распределению Лапласа с плотностью p(x; θ) = exp{−|x − θ|}.
                                                                                                                                                                    2
                                                                                                      Найти МП-оценку параметра θ.
требуемые оценки θb1 и θb2:
                                                                                                          О т в е т. θbn = X (m+1).
                     n                                    n
                1    X                             1      X                                               7. В условиях задачи 6 для случая n = 2m показать, что МП-оценкой для
          θb1 =            X k = X n;        θb2 =            (X k − X n)2 = S 2n.                    θ является любая статистика вида θbn = (1 − λ)X (m) + λX (m+1), λ ∈ [0; 1].
                n                                    n
                     k=1                                  k=1
                                                                                                         8. Пусть θbn — МП-оценка параметра θ распределения Бернулли Bi(1; θ).
   Итак, выборочное среднее X n и выборочная дисперсия S 2n являются                                                                           √
                                                                                                      Показать, что последовательность n(θbn − θ) асимпотически нормальна с
МП-оценками, соответственно, математического ожидания θ 1 и диспер-                                   параметрами (0; θ(1 − θ)).
сии θ 2 по гауссовской выборке. Из результатов примеров 5.2 и 5.3 следует,                               У к а з а н и е. См. пример 7.3.
что θb1 — несмещенная и сильно состоятельная оценка θ 1, θb2 — асим-                                   √ 9. Выборка Z n соответствует нормальному распределению с параметрами
птотически несмещенная и сильно состоятельная оценка для θ 2. Можно                                   ( θ; 2), θ > 0. Найти МП-оценку для θ.
показать, что обе оценки асимптотически нормальны.                                                       О т в е т. θbn = (X n)2 , если X n > 0 и θbn = 0 в противном случае.