UMVUE de lors de l'échantillonnage à partir de la population


10

Soit un échantillon aléatoire de la densité(X1,X2,,Xn)

fθ(x)=θxθ110<x<1,θ>0

J'essaie de trouver l'UMVUE de .θ1+θ

La densité conjointe de est(X1,,Xn)

fθ(x1,,xn)=θn(i=1nxi)θ110<x1,,xn<1=exp[(θ1)i=1nlnxi+nlnθ+ln(10<x1,,xn<1)],θ>0

Comme la population pdf appartient à la famille exponentielle à un paramètre, cela montre qu'une statistique complète suffisante pour estfθθ

T(X1,,Xn)=i=1nlnXi

Comme , à première vue, me donnerait l'UMVUE de par le Théorème de Lehmann-Scheffe. Je ne sais pas si cette attente conditionnelle peut être trouvée directement ou il faut trouver la distribution conditionnelle .E(X1)=θ1+θE(X1T)θ1+θX1i=1nlnXi

D'un autre côté, j'ai considéré l'approche suivante:

Nous avons , de sorte que .Xii.i.dBeta(θ,1)2θlnXii.i.dχ222θTχ2n2

Donc , le moment brut de e ordre de environ zéro, tel que calculé à l'aide du pdf chi carré estr2θT

E(2θT)r=2rΓ(n+r)Γ(n),n+r>0

Il semble donc que pour différents choix entiers de , j'obtiendrais des estimateurs sans biais (et UMVUE) de différentes puissances entières de . Par exemple, et donnez-moi directement les UMVUE de et respectivement.rθE(Tn)=1θE(1nT)=θ1θθ

Maintenant, lorsque nous avons .θ>1θ1+θ=(1+1θ)1=11θ+1θ21θ3+

Je peux certainement obtenir les UMVUE de et ainsi de suite. Donc, en combinant ces UMVUE, je peux obtenir l'UMVUE requise de . Cette méthode est-elle valide ou dois-je procéder avec la première méthode? Comme UMVUE est unique quand il existe, les deux devraient me donner la même réponse.1θ,1θ2,1θ3θ1+θ

Pour être explicite, je reçois

E(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+)=11θ+1θ21θ3+

Autrement dit,

E(r=0Trn(n+1)...(n+r1))=θ1+θ

Est-il possible que mon UMVUE requise soit lorsque ?r=0Trn(n+1)...(n+r1)θ>1

Pour , j'obtiendrais , et donc l'UMVUE serait différent.0<θ<1g(θ)=θ(1+θ+θ2+)


Ayant été convaincu que l'attente conditionnelle dans la première approche ne pouvait pas être trouvée directement, et puisque , j'avais procédé pour trouver la distribution conditionnelle . Pour cela, j'avais besoin de la densité conjointe de .E(X1lnXi=t)=E(X1Xi=et)X1Xi(X1,Xi)

J'ai utilisé le changement de variables telle sorte que pour tout . Cela conduit à la prise en charge conjointe de étant .(X1,,Xn)(Y1,,Yn)Yi=j=1iXji=1,2,,n(Y1,,Yn)S={(y1,,yn):0<y1<1,0<yj<yj1 for j=2,3,,n}

Le déterminant jacobien s'est avéré être .J=(i=1n1yi)1

J'ai donc obtenu la densité conjointe de comme(Y1,,Yn)

fY(y1,y2,,yn)=θnynθ1i=1n1yi1S

La densité conjointe de est donc(Y1,Yn)

fY1,Yn(y1,yn)=θnynθ1y10yn20yn30y11y3y4...yn1dy2y2dyn2dyn1

Y a-t-il une transformation différente que je peux utiliser ici qui rendrait la dérivation de la densité articulaire moins lourde? Je ne sais pas si j'ai pris la bonne transformation ici.


Sur la base de quelques excellentes suggestions dans la section des commentaires, j'ai trouvé la densité de joint au lieu de la densité de joint où et .(U,U+V)(X1,Xi)U=lnX1V=i=2nlnXi

On voit immédiatement que et sont indépendants.UExp(θ)VGamma(n1,θ)

Et en effet, .U+VGamma(n,θ)

Pour , la densité conjointe de estn>1(U,V)

fU,V(u,v)=θeθu1u>0θn1Γ(n1)eθvvn21v>0

En changeant les variables, j'ai obtenu la densité conjointe de comme(U,U+V)

fU,U+V(u,z)=θnΓ(n1)eθz(zu)n210<u<z

Ainsi, la densité conditionnelle de estUU+V=z

fUU+V(uz)=(n1)(zu)n2zn110<u<z

Maintenant, mon UMVUE est exactement , comme je l'avais mentionné à droite au début de ce post.E(eUU+V=z)=E(X1i=1nlnXi=z)

Il ne reste donc plus qu'à trouver

E(eUU+V=z)=n1zn10zeu(zu)n2du

Mais cette dernière intégrale a une forme fermée en termes de fonction gamma incomplète selon Mathematica , et je me demande quoi faire maintenant.


Vous devez procéder avec la première méthode, en trouvant la distribution conditionnelle de , quelle forme de statistique suffisante peut être plus facile à utiliser dans cette application. X[1]|Xi
jbowman

1
Au point (au début) où vous introduisez vous devriez être prêt à travailler en termes de variablesIl est presque immédiat qu'ils sont proportionnels aux distributions , ce qui réduit rapidement votre problème à considérer la distribution conjointe de où et Cela raccourcira les deux autres pages de mathématiques et vous donnera un itinéraire rapide vers une solution. Y i = - log X i . Γ ( 1 ) ( U , U + V ) U Γ ( 1 ) V Γ ( n - 1 ) .TYi=logXi.Γ(1)(U,U+V)UΓ(1)VΓ(n1).
whuber

@whuber Pour être clair, suggérez-vous que je trouve d'abord la densité de et à partir de là, trouve la densité de ? J'avais remarqué que les sont des variables exponentielles avec rate (qui est aussi une variable Gamma comme vous dites), mais je n'avais pas pensé à travailler avec ça. ( X 1 , X i ) - ln X i θ(lnX1,lnX1i=2nlnXi)(X1,Xi)lnXiθ
StubbornAtom

1
@whuber Mais comment puis-je obtenir directement depuis ? E ( ln X 1 | . . . )E(X1...)E(lnX1...)
StubbornAtom

1
@whuber S'il vous plaît jeter un oeil à mon montage. Je l'ai presque fait, mais je ne sais pas quoi faire de cette intégrale. Je suis assez confiant que mes calculs sont corrects.
StubbornAtom

Réponses:


5

Il s'avère que les deux approches (ma tentative initiale et une autre basée sur des suggestions dans la section commentaire) dans mon message d'origine donnent la même réponse. Je décrirai les deux méthodes ici pour une réponse complète à la question.

Ici, signifie la densité gamma où et dénote une distribution exponentielle avec une moyenne , ( ). En clair, .f ( y ) = θ nGamma(n,θ)f(y)=θnΓ(n)eθyyn11y>0θ,n>0Exp(θ)1/θθ>0Exp(θ)Gamma(1,θ)

Puisque est complet suffisant pour et , par le théorème de Lehmann-Scheffe est l'UMVUE de . Il nous faut donc trouver cette attente conditionnelle.T=i=1nlnXiθE(X1)=θ1+θE(X1T)θ1+θ

Nous notons que .Xii.i.dBeta(θ,1)lnXii.i.dExp(θ)TGamma(n,θ)

Méthode I:

Soit et , de sorte que et soient indépendants. En effet, et , impliquant .U=lnX1V=i=2nlnXiUVUExp(θ)VGamma(n1,θ)U+VGamma(n,θ)

Donc, .E(X1i=1nlnXi=t)=E(eUU+V=t)

Maintenant , nous trouvons la distribution conditionnelle de .UU+V

Pour et , la densité conjointe de estn>1θ>0(U,V)

fU,V(u,v)=θeθu1u>0θn1Γ(n1)eθvvn21v>0=θnΓ(n1)eθ(u+v)vn21u,v>0

En changeant les variables, il est immédiat que la densité conjointe de est(U,U+V)

fU,U+V(u,z)=θnΓ(n1)eθz(zu)n210<u<z

Laissez la densité de . Ainsi, la densité conditionnelle de estfU+V()U+VUU+V=z

fUU+V(uz)=fU,U+V(u,z)fU+V(z)=(n1)(zu)n2zn110<u<z

Par conséquent, .E(eUU+V=z)=n1zn10zeu(zu)n2du

Autrement dit, l'UMVUE de estθ1+θ(1)E(X1T)=n1(T)n10Teu(Tu)n2du

Méthode II:

Comme est une statistique complète suffisante pour , tout estimateur non biaisé de qui est une fonction de sera l'UMVUE de par le théorème de Lehmann-Scheffe. Nous procédons donc à la recherche des moments de , dont la distribution nous est connue. On a,Tθθ1+θTθ1+θT

E(T)r=0yrθneθyyn1Γ(n)dy=Γ(n+r)θrΓ(n),n+r>0

En utilisant cette équation, nous obtenons des estimateurs sans biais (et UMVUE) de pour chaque entier .1/θrr1

Maintenant pour , nous avonsθ>1θ1+θ=(1+1θ)1=11θ+1θ21θ3+

En combinant les estimateurs sans biais de nous obtenons1/θr

E(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+)=11θ+1θ21θ3+

Autrement dit,

E(r=0Trn(n+1)...(n+r1))=θ1+θ

En supposant donc , l'UMVUE de estθ>1θ1+θ(2)g(T)=r=0Trn(n+1)...(n+r1)


Je ne suis pas certain du cas dans la deuxième méthode.0<θ<1

Selon Mathematica , l'équation a une forme fermée en termes de fonction gamma incomplète. Et dans l'équation , nous pouvons exprimer le produit en termes de la fonction gamma habituelle comme . Cela fournit peut-être le lien apparent entre et .(1)(2)n(n+1)(n+2)...(n+r1)n(n+1)(n+2)...(n+r1)=Γ(n+r)Γ(n)(1)(2)

En utilisant Mathematica, j'ai pu vérifier que et sont bien la même chose.(1)(2)


En fait, l'égalité entre et s'ensuit en écrivant l'expansion de la série de puissance de dans puis en échangeant l'intégrale et la somme. (1)(2)eu(2)
StubbornAtom

1

Je pense que nous pouvons arriver à la réponse plus compacte à laquelle vous avez fait allusion en ce qui concerne la fonction gamma incomplète supérieure. En utilisant la première méthode, j'ai trouvé l'expression

E[X1|X1X2Xn=eT]=(n1)01zr(1r)nzdr,
z=eT.

Wolfram Alpha intègre cela pour obtenir

E[X1|X1X2Xn=eT]=eT(n1)Tn1[(n2)!Γ(n1,T)]

Maintenant, le terme de fonction gamma incomplète a une forme fermée lorsque est un entier. Il estn

Γ(n1,T)=Γ(n1)eTj=0n2Tjj!

Réécrire l'attente et simplifier, on trouve

E[X1|X1X2Xn=eT]=Γ(n)Tn1[eTj=0n2Tjj!]

Je n'ai pas accès au logiciel qui vérifiera l'équivalence avec vos résultats et , mais les calculs manuels pour et correspondent à votre .(1)(2)n=2n=3(1)


Où vous avez écrit vous devriez avoirE [ X 1X 1 X 2X n = e T ] .E[X1x1x2xn=eT],E[X1X1X2Xn=eT].
Michael Hardy
En utilisant notre site, vous reconnaissez avoir lu et compris notre politique liée aux cookies et notre politique de confidentialité.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.