Slide yang Anda tautkan agak membingungkan, meninggalkan langkah-langkah dan membuat beberapa kesalahan ketik, tetapi akhirnya benar. Ini akan membantu menjawab pertanyaan 2 terlebih dahulu, kemudian 1, dan akhirnya mendapatkan transformasi yang simetri .A(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθ
Pertanyaan 2. Kami menganalisis karena rerata sampel ukuran dari variabel acak iid . Ini adalah jumlah yang penting karena mengambil sampel distribusi yang sama dan mengambil mean terjadi sepanjang waktu dalam sains. Kami ingin tahu seberapa dekat dengan rata-rata sebenarnya . Teorema Limit Pusat mengatakan akan konvergen ke sebagai tetapi kami ingin mengetahui varians dan kemiringan dari .ˉXX¯NNX1,...,XNX1,...,XNˉXX¯μμμμN→∞N→∞ˉXX¯
Pertanyaan 1. Perkiraan deret Taylor Anda tidak salah, tetapi kami harus berhati-hati dalam melacak vs. dan kekuatan untuk mendapatkan kesimpulan yang sama dengan slide. Kami akan mulai dengan definisi dan momen pusat dan mendapatkan rumus untuk :ˉXX¯XiXiNNˉXX¯XiXiκ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))
ˉX=1N∑Ni=1XiX¯=1N∑Ni=1Xi
E[Xi]=μE[Xi]=μ
V(Xi)=E[(Xi−μ)2]=σ2V(Xi)=E[(Xi−μ)2]=σ2
κ3(Xi)=E[(Xi−μ)3]κ3(Xi)=E[(Xi−μ)3]
Sekarang, momen utama :ˉXX¯
E[ˉX]=1N∑Ni=1E[Xi]=1N(Nμ)=μE[X¯]=1N∑Ni=1E[Xi]=1N(Nμ)=μ
V(ˉX)=E[(ˉX−μ)2]=E[((1NN∑i=1Xi)−μ)2]=E[(1NN∑i=1(Xi−μ))2]=1N2(NE[(Xi−μ)2]+N(N−1)E[Xi−μ]E[Xj−μ])=1Nσ2V(X¯)=E[(X¯−μ)2]=E[((1N∑i=1NXi)−μ)2]=E[(1N∑i=1N(Xi−μ))2]=1N2(NE[(Xi−μ)2]+N(N−1)E[Xi−μ]E[Xj−μ])=1Nσ2
Langkah terakhir mengikuti sejak , dan . Ini mungkin bukan turunan paling mudah dari , tetapi ini adalah proses yang sama yang perlu kita lakukan untuk menemukan dan , di mana kami memecah produk penjumlahan dan menghitung jumlah istilah dengan kekuatan variabel yang berbeda. Dalam kasus di atas, ada istilah yang berbentuk dan syarat bentuk .E[Xi−μ]=0E[Xi−μ]=0E[(Xi−μ)2]=σ2E[(Xi−μ)2]=σ2V(ˉX)V(X¯)κ3(ˉX)κ3(X¯)κ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))NN(Xi−μ)2(Xi−μ)2N(N−1)N(N−1)(Xi−μ)(Xj−μ)(Xi−μ)(Xj−μ)
κ3(ˉX)=E[(ˉX−μ)3)]=E[((1NN∑i=1Xi)−μ)3]=E[(1NN∑i=1(Xi−μ))3]=1N3(NE[(Xi−μ)3]+3N(N−1)E[(Xi−μ)E[(Xj−μ)2]+N(N−1)(N−2)E[(Xi−μ)]E[(Xj−μ)]E[(Xk−μ)]=1N2E[(Xi−μ)3]=κ3(Xi)N2κ3(X¯)=E[(X¯−μ)3)]=E[((1N∑i=1NXi)−μ)3]=E[(1N∑i=1N(Xi−μ))3]=1N3(NE[(Xi−μ)3]+3N(N−1)E[(Xi−μ)E[(Xj−μ)2]+N(N−1)(N−2)E[(Xi−μ)]E[(Xj−μ)]E[(Xk−μ)]=1N2E[(Xi−μ)3]=κ3(Xi)N2
Selanjutnya, kami akan memperluas dalam seri Taylor seperti yang Anda miliki:h(ˉX)h(X¯)
h(ˉX)=h(μ)+h′(μ)(ˉX−μ)+12h″(μ)(ˉX−μ)2+13h‴(μ)(ˉX−μ)3+...h(X¯)=h(μ)+h′(μ)(X¯−μ)+12h′′(μ)(X¯−μ)2+13h′′′(μ)(X¯−μ)3+...
E[h(ˉX)]=h(μ)+h′(μ)E[ˉX−μ]+12h″(μ)E[(ˉX−μ)2]+13h‴(μ)E[(ˉX−μ)3]+...=h(μ)+12h″(μ)σ2N+13h‴(μ)κ3(Xi)N2+...E[h(X¯)]=h(μ)+h′(μ)E[X¯−μ]+12h′′(μ)E[(X¯−μ)2]+13h′′′(μ)E[(X¯−μ)3]+...=h(μ)+12h′′(μ)σ2N+13h′′′(μ)κ3(Xi)N2+...
Dengan sedikit usaha lagi Anda dapat membuktikan bahwa istilah lainnya adalah . Akhirnya, karena , (yang tidak sama dengan ), kami kembali membuat perhitungan yang serupa:O(N−3)O(N−3)κ3(h(ˉX))=E[(h(ˉX)−E[h(ˉX)])3]κ3(h(X¯))=E[(h(X¯)−E[h(X¯)])3]E[(h(ˉX)−h(μ))3]E[(h(X¯)−h(μ))3]
κ3(h(ˉX))=E[(h(ˉX)−E[h(ˉX)])3]=E[(h(μ)+h′(μ)(ˉX−μ)+12h″(μ)(ˉX−μ)2+O((ˉX−μ)3)−h(μ)−12h″(μ)σ2N−O(N−2))3]κ3(h(X¯))=E[(h(X¯)−E[h(X¯)])3]=E[(h(μ)+h′(μ)(X¯−μ)+12h′′(μ)(X¯−μ)2+O((X¯−μ)3)−h(μ)−12h′′(μ)σ2N−O(N−2))3]
Kami hanya tertarik pada istilah yang menghasilkan urutan , dan dengan kerja ekstra Anda dapat menunjukkan bahwa Anda tidak memerlukan istilah " "atau" "sebelum mengambil kekuatan ketiga, karena mereka hanya akan menghasilkan syarat pemesanan . Jadi, mempermudah, kita dapatkanO(N−2)O(N−2)O((ˉX−μ)3)O((X¯−μ)3)−O(N−2)−O(N−2)O(N−3)O(N−3)
κ3(h(ˉX))=E[(h′(μ)(ˉX−μ)+12h″(μ)(ˉX−μ)2−12h″(μ)σ2N))3]=E[h′(μ)3(ˉX−μ)3+18h″(μ)3(ˉX−μ)6−18h″(μ)3σ6N3+32h′(μ)2h″(μ)(ˉX−μ)4+34h′(μ)h″(μ)(ˉX−μ)5−32h′(μ)2h″(μ)(ˉX−μ)2σ2N+O(N−3)]κ3(h(X¯))=E[(h′(μ)(X¯−μ)+12h′′(μ)(X¯−μ)2−12h′′(μ)σ2N))3]=E[h′(μ)3(X¯−μ)3+18h′′(μ)3(X¯−μ)6−18h′′(μ)3σ6N3+32h′(μ)2h′′(μ)(X¯−μ)4+34h′(μ)h′′(μ)(X¯−μ)5−32h′(μ)2h′′(μ)(X¯−μ)2σ2N+O(N−3)]
Saya mengabaikan beberapa istilah yang jelas-jelas dalam produk ini. Anda harus meyakinkan diri sendiri bahwa istilah dan adalah juga. Namun,O(N−3)O(N−3)E[(ˉX−μ)5]E[(X¯−μ)5]E[(ˉX−μ)6]E[(X¯−μ)6]O(N−3)O(N−3)
E[(ˉX−μ)4]=E[1N4(N∑i=1(ˉX−μ))4]=1N4(NE[(Xi−μ)4]+3N(N−1)E[(Xi−μ)2]E[(Xj−μ)2]+0)=3N2σ4+O(N−3)E[(X¯−μ)4]=E[1N4(∑i=1N(X¯−μ))4]=1N4(NE[(Xi−μ)4]+3N(N−1)E[(Xi−μ)2]E[(Xj−μ)2]+0)=3N2σ4+O(N−3)
Kemudian mendistribusikan ekspektasi pada persamaan kami untuk , kami memilikiκ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))
κ3(h(ˉX))=h′(μ)3E[(ˉX−μ)3]+32h′(μ)2h″(μ)E[(ˉX−μ)4]−32h′(μ)2h″(μ)E[(ˉX−μ)2]σ2N+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+92h′(μ)2h″(μ)σ4N2−32h′(μ)2h″(μ)σ4N2+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h″(μ)σ4N2+O(N−3)κ3(h(X¯))=h′(μ)3E[(X¯−μ)3]+32h′(μ)2h′′(μ)E[(X¯−μ)4]−32h′(μ)2h′′(μ)E[(X¯−μ)2]σ2N+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+92h′(μ)2h′′(μ)σ4N2−32h′(μ)2h′′(μ)σ4N2+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h′′(μ)σ4N2+O(N−3)
Ini menyimpulkan derivasi dari . Sekarang, akhirnya, kita akan menurunkan transformasi simetri .κ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))A(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθ
Untuk transformasi ini, penting bahwa berasal dari distribusi keluarga eksponensial, dan khususnya keluarga eksponensial alami (atau telah diubah menjadi distribusi ini), dalam bentukXiXifXi(x;θ)=h(x)exp(θx−b(θ))fXi(x;θ)=h(x)exp(θx−b(θ))
Dalam hal ini, kumulant distribusi diberikan oleh . Jadi , , dan . Kita dapat menulis parameter sebagai fungsi hanya mengambil kebalikan dari , menulis . Kemudianκk=b(k)(θ)κk=b(k)(θ)μ=b′(θ)μ=b′(θ)σ2=V(θ)=b″(θ)σ2=V(θ)=b′′(θ)κ3=b‴(θ)κ3=b′′′(θ)θθμμb′b′θ(μ)=(b′)−1(μ)θ(μ)=(b′)−1(μ)
θ′(μ)=1b″((b′)−1(μ))=1b″(θ))=1σ2θ′(μ)=1b′′((b′)−1(μ))=1b′′(θ))=1σ2
Selanjutnya kita dapat menulis varians sebagai fungsi , dan memanggil fungsi ini :μμˉVV¯
ˉV(μ)=V(θ(μ))=b″(θ(μ))V¯(μ)=V(θ(μ))=b′′(θ(μ))
Kemudian
ddμˉV(μ)=V′(θ(μ))θ′(μ)=b‴(θ)1σ2=κ3σ2ddμV¯(μ)=V′(θ(μ))θ′(μ)=b′′′(θ)1σ2=κ3σ2
Jadi sebagai fungsi dari , .μμκ3(μ)=ˉV′(μ)ˉV(μ)κ3(μ)=V¯′(μ)V¯(μ)
Sekarang, untuk transformasi simetrizing, kami ingin mengurangi kemiringan dengan membuat sehingga adalah . Jadi, kami mauh(ˉX)h(X¯)h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h″(μ)σ4N2=0h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h′′(μ)σ4N2=0h(ˉX)h(X¯)O(N−3)O(N−3)
h′(μ)3κ3(Xi)+3h′(μ)2h″(μ)σ4=0h′(μ)3κ3(Xi)+3h′(μ)2h′′(μ)σ4=0
Mengganti ekspresi kami untuk dan sebagai fungsi dari , kami memiliki:σ2σ2κ3κ3μμ
h′(μ)3ˉV′(μ)ˉV(μ)+3h′(μ)2h″(μ)ˉV(μ)2=0h′(μ)3V¯′(μ)V¯(μ)+3h′(μ)2h′′(μ)V¯(μ)2=0
Jadi , mengarah ke .h′(μ)3ˉV′(μ)+3h′(μ)2h″(μ)ˉV(μ)=0h′(μ)3V¯′(μ)+3h′(μ)2h′′(μ)V¯(μ)=0ddμ(h′(μ)3ˉV(μ))=0ddμ(h′(μ)3V¯(μ))=0
Salah satu solusi untuk persamaan diferensial ini adalah:
h′(μ)3ˉV(μ)=1h′(μ)3V¯(μ)=1 ,
h′(μ)=1[ˉV(μ)]1/3h′(μ)=1[V¯(μ)]1/3
Jadi, , untuk sembarang konstanta, . Ini memberi kita transformasi simetri , di mana adalah varian sebagai fungsi mean dalam keluarga eksponensial alami.h(μ)=∫μc1[ˉV(θ)]1/3dθh(μ)=∫μc1[V¯(θ)]1/3dθccA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθVV