Mengapa distribusi sampel varian merupakan distribusi chi-kuadrat?


22

Pernyataan

Distribusi sampling dari varian sampel adalah distribusi chi-kuadrat dengan derajat kebebasan sama dengan , di mana adalah ukuran sampel (mengingat bahwa variabel bunga yang menarik secara normal didistribusikan).nn−1n

Sumber

Intuisi saya

Ini agak masuk akal bagi saya 1) karena tes chi-square terlihat seperti jumlah kuadrat dan 2) karena distribusi Chi-kuadrat hanyalah jumlah dari distribusi normal kuadrat. Tapi tetap saja, saya tidak memiliki pemahaman yang baik tentang itu.

Pertanyaan

Apakah pernyataan itu benar? Mengapa?


1
Pernyataan awal itu salah secara umum (itu salah karena dua alasan terpisah). Apa sumber Anda (tautan Anda tidak ada), dan apa yang sebenarnya dikatakannya?
— Glen_b -Reinstate Monica

Pertanyaan saya juga muncul sebagai reaksi terhadap pertanyaan-jawaban di kelas statistik pengantar yang aksesnya dilindungi. Pertanyaannya adalah "Distribusi apa yang merupakan distribusi sampling varian dalam panjang sayap pada lalat?" dan jawabannya adalah "Distribusi Chi-squared"
— Remi.b

1
Pernyataan yang dikutip dalam komentar pertama Anda masih salah secara umum. Komentar di akhir sumber adalah benar (dengan asumsi yang diperlukan): " ketika sampel berukuran n diambil dari distribusi normal dengan varians , distribusi sampling dari memiliki distribusi chi-square dengan n-1 derajat kebebasan. ( n - 1 ) s 2 / σ 2σ2(n−1)s2/σ2 "... Jawaban untuk pertanyaan dalam komentar kedua Anda juga akan salah - kecuali, saya kira, seseorang telah menunjukkan bahwa panjang sayap biasanya didistribusikan. (Apa dasar yang bisa digunakan untuk menyatakan ini benar?)
— Glen_b -Reinstate Monica

Jadi mari kita asumsikan sayap terdistribusi normal, maka distribusi sampling akan didistribusikan secara chi-squared. Kenapa gitu? (n−1)s2/σ2
— Remi.b

Apakah Anda sadar bahwa jumlah kuadrat dari iid N (0,1) variabel acak adalah chi-kuadrat dengan df? Atau apakah itu bagian yang Anda cari buktinya? kkk
— Glen_b -Reinstate Monica

Jawaban:


27

[Saya akan berasumsi dari diskusi dalam pertanyaan Anda bahwa Anda senang menerima kenyataan bahwa jika independen variabel terdistribusi secara identik, maka .]N ( 0 , 1 ) ∑ k i = 1 Z 2 i ∼ χ 2 kZi,i=1,2,…,kN(0,1)∑i=1kZi2∼χk2

Secara formal, hasil yang Anda butuhkan mengikuti dari teorema Cochran . (Meskipun dapat ditunjukkan dengan cara lain)

Kurang formal, pertimbangkan bahwa jika kita tahu mean populasi, dan memperkirakan varians tentang itu (daripada tentang mean sampel): , lalu , ( ) yang akan menjadi kali a variabel acak.s 2 0 /σ2=1s02=1n∑i=1n(Xi−μ)2 Zi=(Xi-μ)/σ1s02/σ2=1n∑i=1n(Xi−μσ)2=1n∑i=1nZi2Zi=(Xi−μ)/σ χ 2 n1nχn2

Fakta bahwa rata-rata sampel digunakan, alih-alih rata-rata populasi ( ) membuat jumlah kuadrat penyimpangan lebih kecil, tetapi hanya sedemikian rupa sehingga (tentang hal itu, lihat teorema Cochran). Karenanya, daripada sekarang kita memiliki .∑ n i = 1 ( Z ∗ i ) 2Zi∗=(Xi−X¯)/σ n s 2 0 / σ 2 ∼ χ 2 n ( n - 1 ) s 2 / σ 2 ∼ χ 2 n - 1∑i=1n(Zi∗)2∼χn−12ns02/σ2∼χn2(n−1)s2/σ2∼χn−12


@ Glen_b Bisakah Anda memberikan referensi untuk bukti lain tentang fakta ini? Saya benar-benar ingin mengetahuinya.
— Henry.L

Dari beberapa fakta manakah Anda setelah bukti?
— Glen_b -Reinstate Monica

@Glen_b Satu-satunya dua metode selain teorema Cochran-Madow untuk membuktikan fakta ini bahwa varians sampel dan mean sampel secara statistik independen dengan distribusi chi-square adalah: (1) Basis kanonik Scheffe (Scheffe, 1959) (2) Metode kumulant (Atau mgfs, yang setara dengan itu). Jika Anda tahu lebih banyak metode, saya benar-benar ingin mengetahuinya.
— Henry.L

Satu lagi komentar yang ingin saya tambahkan adalah bahwa meskipun rata-rata sampel digunakan, tetapi kadang-kadang kita menginginkan daya tetap yang tidak tergantung pada varian tetap, metode ini digantikan oleh metode dua tahap Stein (1949).
— Henry.L

Apa yang tidak saya dapatkan tentang jawaban ini, adalah bahwa tidak terlepas dari semua , jadi bagaimana kita dapat menerapkan teorema Cochran? dikatakan bahwa mereka semua harus mandiri. X ′ i sX¯Xi′s
— user56834
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.