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正态分布样本均值计算公式,证明样本均值服从正态分布

时间:2023-05-06 18:31:19 阅读:46023 作者:1050

前述:假期开始以来,主要精力都集中在科研上,最近才花了一点时间写更新。

数理统计的学习有一个重要的结论,对于正态分布,样本均值和样本方差是独立的。 最初,这个结论看起来有点令人吃惊,因为直观上样本方差依赖于样本均值。 针对这一结论,许多教材一般通过构建正交变换进行论证。 但这种证明方式技巧性强,不易被学生理解和掌握。 对这个结论尝试了简单的证明。

定理:设为随机样本

根据正态分布,如果样本均值且样本方差,则独立于; 服从; 服从卡方分布.结论2很容易得到,以下只证明结论1和3 .

证明:为了证明结论1,首先列出三个引理。

命题1 :选择其中一个

、证明:注意:

就在这里

因此,辅助命题2 :任意一个

、服从二元正态分布。 证明:从引理1的证明可以看出:

又来了

虽然服从多元正态分布,但多元正态分布的线性变换仍然是正态分布,证明了引理。 引理3 :对于二元正态分布,协方差为0等价于独立。

协方差为0证明了联合密度与极限密度的乘积等价于独立,并得到了证明。

根据上述引理1-3,任何一个都很容易理解

和是相互独立的。 的函数,所以是独立的。 结论1得到证据。 接下来考虑结论3。 注意到了

也就是说

等式的左边是

项独立标准正态分布的平方和,所以遵循;等式右边第二项是1项标准正态分布的平方和,所以遵循。 等式右边的两个项是相互独立的,所以结论3得到证明。 上述证明的核心是基于不相关和独立等价多元正态分布的典型性质,证明变量不相关即可,独立性证明简单易懂。

此外,样本均值和样本方差的独立性也由basu’s theorem获得。 但是,basu’s theorem与辅助统计量和完全充分统计量等概念相关,在此不再详述。

本文讨论的定理具有非常显著的统计学意义。 其实,这个定理可以推导出t分布和f分布等重要的理论分布,这个定理是统计学中均值和方差统计估计的理论基础。

本文主要参考心灵美丽的狼Casella和Roger Berger写的《统计推断》定理5.3.1的讨论。

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