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学生教师

例 6.1.1

medium一级题目发布者: ai-batch

题干

对任一总体而言,样本均值是总体均值的无偏估计。当总体 kkk 阶矩存在时,样本 kkk 阶原点矩 aka_kak​ 是总体 kkk 阶原点矩 μk\mu_kμk​ 的无偏估计。但对 kkk 阶中心矩则不一样,譬如样本方差 sn2s_n^2sn2​ 就不是总体方差 σ2\sigma^2σ2 的无偏估计,因由定理 5.2.2 可得

E(sn2)=n−1nσ2.E(s_n^2) = \frac{n-1}{n}\sigma^2.E(sn2​)=nn−1​σ2.

试对此加以说明,并给出 σ2\sigma^2σ2 的无偏估计。

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解析

对此,有如下两点说明:

(1)当样本量趋于无穷时,有 E(sn2)→σ2E(s_n^2) \to \sigma^2E(sn2​)→σ2,我们称 sn2s_n^2sn2​ 为 σ2\sigma^2σ2 的渐近无偏估计,这表明当样本量较大时,sn2s_n^2sn2​ 可近似看作 σ2\sigma^2σ2 的无偏估计。

(2)若对 sn2s_n^2sn2​ 作如下修正:

s2=nsn2n−1=1n−1∑i=1n(xi−xˉ)2,s^2 = \frac{ns_n^2}{n-1} = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})^2,s2=n−1nsn2​​=n−11​i=1∑n​(xi​−xˉ)2,

则 s2s^2s2 是总体方差的无偏估计。这种简单的修正方法在一些场合常被采用。(6.1.2) 式定义的 s2s^2s2 也称为样本方差,它比 sn2s_n^2sn2​ 更常用。这是因为在 n⩾2n \geqslant 2n⩾2 时,sn2<s2s_n^2 < s^2sn2​<s2,因此用 sn2s_n^2sn2​ 估计 σ2\sigma^2σ2 有偏小的倾向,特别在小样本场合要使用 s2s^2s2 估计 σ2\sigma^2σ2。

无偏性不具有不变性。即若 θ^\hat{\theta}θ^ 是 θ\thetaθ 的无偏估计,一般而言,其函数 g(θ^)g(\hat{\theta})g(θ^) 不是 g(θ)g(\theta)g(θ) 的无偏估计,除非 g(θ)g(\theta)g(θ) 是 θ\thetaθ 的线性函数。譬如,s2s^2s2 是 σ2\sigma^2σ2 的无偏估计,但 sss 不是 σ\sigmaσ 的无偏估计。

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