Математическая статистика с примерами в Excel. Воскобойников Ю.Е - 39 стр.

UptoLike

79
Вероятность
γ
называется надежностью интервальной оценки
или доверительной вероятностью, случайные величины
*
*
,
θθ
доверительными границами, а сам интервал
),(
*
*
θθ
иногда назы-
вают доверительным интервалом. Центром этого интервала явля-
ется значение точечной оценки
*
θ
.
Надежность
γ
принято выбирать равной 0.95, 0.99. Тогда со-
бытие, состоящее в том, что интервал
),(
*
*
θθ
покроет параметр
θ
, будет практически достоверным.
Общая теория построения интервальных оценок заключается в
определении случайной величины, зависящей от оцениваемого па-
раметра. Зная распределение этой случайной величины, находят
соответствующие доверительные границы и сам доверительный
интервал с требуемой точностью. Посмотрим, как эта идея реали-
зуется для различных параметров.
4.3. Интервальные оценки математического ожидания
нормального распределения
Пусть генеральная совокупность Х распределена по нормаль-
ному закону ),(
σ
aN , причем параметр
σ
известен, а параметр
a
требуется оценить с надежностью
γ
. По теореме о распределении
выборочных характеристик случайная величина
σ
naX
в
)(
рас-
пределена по закону
)1,0(N . На рис. 4.3 изображен график функ-
ции плотности этой случайной величины, т.е. кривая
2
2
2
1
x
ey
=
π
. Выберем число
γ
x
так, что заштрихованная пло-
щадь равна
γ
, т.е.
()
γ
γ
σ
γ
=<<
)( xxP
naX
в
. (4.8)
80
Рис. 4.3. К построению доверительных интервалов
Это значение легко находится с использованием интегральной
функции Лапласа
2
1
2
2
0
()
x
t
x
edt
π
Φ
=
. Действительно,
((0,1))()()2()Px N x x x x
γγγγγ
Φ
ΦΦγ
<<== =. (4.9)
Значение
γ
x , удовлетворяющее нелинейному уравнению
()
2
x
γ
γ
Φ
=
, (4.10)
находится по табл. П1.
Так как
σ
> 0, то события
(
)
γ
σ
γ
xx
naX
в
<<
и
n
x
Xa
n
x
X
вв
σσ
γγ
+<< эквивалентны, а значит, их вероятно-
сти равны:
γ
σσ
γγ
=
+<<
n
x
Xa
n
x
XP
вв
. (4.11)
Таким образом, для параметра
a мы построили доверительный
интервал (интервальную оценку), левая граница которого
γ
x
γ
x
р(х)
х
Вероятность γ называется надежностью интервальной оценки                                                                    р(х)
                                                                                  *     *
или доверительной вероятностью, случайные величины θ , θ –
                                                                       *
доверительными границами, а сам интервал (θ * , θ ) иногда назы-
вают доверительным интервалом. Центром этого интервала явля-
ется значение точечной оценки θ * .
     Надежность γ принято выбирать равной 0.95, 0.99. Тогда со-
                                                               *
бытие, состоящее в том, что интервал (θ * , θ ) покроет параметр                                                                                                                х
                                                                                                            − xγ                                              xγ
θ , будет практически достоверным.
    Общая теория построения интервальных оценок заключается в                                           Рис. 4.3. К построению доверительных интервалов
определении случайной величины, зависящей от оцениваемого па-
раметра. Зная распределение этой случайной величины, находят                                      Это значение легко находится с использованием интегральной
                                                                                                                                   x        t2
соответствующие доверительные границы и сам доверительный                                                                               −

интервал с требуемой точностью. Посмотрим, как эта идея реали-
                                                                                              функции Лапласа Φ ( x) =         1
                                                                                                                              2π   ∫e
                                                                                                                                   0
                                                                                                                                             2
                                                                                                                                                 dt . Действительно,

зуется для различных параметров.
                                                                                                             P (− xγ < N (0,1) < xγ ) = Φ ( xγ ) − Φ (− xγ ) = 2Φ ( xγ ) = γ . (4.9)
      4.3. Интервальные оценки математического ожидания
           нормального распределения                                                              Значение xγ , удовлетворяющее нелинейному уравнению
    Пусть генеральная совокупность Х распределена по нормаль-                                                                                         γ
                                                                                                                                   Φ ( xγ ) =             ,                                (4.10)
ному закону N (a,σ ) , причем параметр σ известен, а параметр a                                                                                       2
требуется оценить с надежностью γ . По теореме о распределении                                находится по табл. П1.
                                                                      ( X в − a) n                Так       как    σ > 0,     то        события               − xγ <   (X в −a )    n
                                                                                                                                                                                        < xγ   и
выборочных характеристик случайная величина                                           рас-                                                                                  σ
                                                                           σ                         xγ σ                   xγ σ
пределена по закону N (0,1) . На рис. 4.3 изображен график функ-                              Xв −