問答題
設(X1,X2,….Xn)是取自總體X的一個樣本,E(X)=μ,D(X)=σ2...
設(X1,X2,….Xn)是取自總體X的一個樣本,E(X)=μ,D(X)=σ2,E(X)=μ,D(X)=σ2是未知參數(shù)μ的無偏估計,也是一個相合估計.所以D(X均值)=σ2/n.怎么推導的?
答案:
這里似乎有一個小錯誤,因為您提到了“E(X)=μ,D(X)=σ2是未知參數(shù)μ的無偏估計,也是一個相合估計”,但是后面的問題是關于“D(X均值)=σ2/n”的推導。我將先解釋為什么樣本均值的方差是σ2/n,然后解釋為什么樣本均值是總體均值μ的無偏估計和相合估計。
首先,我們來推導為什么樣本均值的方差是σ2/n。
設 \( X_1, X_2, \ldots, X_n \) 是來自總體X的一個簡單隨機樣本,總體均值為 \( \mu \),總體方差為 \( \sigma^2 \)。
樣本均值定義為:
\[ \bar{X} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_i \]
樣本均值的期望值是總體均值:
\[ E(\bar{X}) = E\left(\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_i\right) = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} E(X_i) = \frac{1}{n} \cdot n \cdot \mu = \mu \]
樣本均值的方差是:
\[ D(\bar{X}) = D\left(\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_i\right) \]
由于 \( X_1, X_2, \ldots, X_n \) 是獨立同分布的,我們可以將方差的性質應用到上面的表達式中:
\[ D(\bar{X}) = \frac{1}{n^2} \sum_{i=1}^{n} D(X_i) \]
因為每個 \( X_i \) 的方差都是 \( \sigma^2 \),所以:
\[ D(\bar{X}) = \frac{1}{n^2} \cdot n \cdot \sigma^2 = \frac{\sigma^2}{n} \]
這就是為什么樣本均值的方差是 \( \sigma^2/n \)。
接下來,解釋為什么樣本均值是總體均值μ的無偏估計和相合估計:
無偏性(Unbiasedness):
一個估計量是無偏的,如果它的期望值等于它試圖估計的參數(shù)。對于樣本均值 \( \bar{X} \),我們已經證明了 \( E(\bar{X}) = \mu \),所以樣本均值是總體均值μ的無偏估計。
相合性(Consistency):
一個估計量是相合的,如果隨著樣本量的增加,該估計量以概率1收斂于它試圖估計的參數(shù)。根據(jù)大數(shù)定律,樣本均值 \( \bar{X} \) 會以概率1收斂于總體均值μ,即:
\[ \lim_{n \to \infty} P(|\bar{X} - \mu| < \epsilon) = 1 \]
對于任意小的正數(shù) \( \epsilon \),這意味著隨著樣本量n的增加,樣本均值 \( \bar{X} \) 會越來越接近總體均值μ,因此樣本均值是總體均值μ的相合估計。