题目
设X_1,...,X_(10)是来自正态总体mathcal(N)(mu,sigma^2)的简单随机样本,overline(X)是样本均值,记S_1^2=(1)/(9)sum_(i=1)^10(X_i-overline(X))^2,S_2^2=(1)/(10)sum_(i=1)^10(X_i-overline(X))^2,S_3^2=(1)/(9)sum_(i=1)^10(X_i-mu)^2,S_4^2=(1)/(10)sum_(i=1)^10(X_i-mu)^2,则服从自由度为9的t分布的随机变量是() A. t=(overline(X)-mu)/(S_1/sqrt(9))B. t=(overline(X)-mu)/(S_2/sqrt(9))C. t=(overline(X)-mu)/(S_3/sqrt(10))D. t=(overline(X)-mu)/(S_4/sqrt(10))
设$X_1,\cdots,X_{10}$是来自正态总体$\mathcal{N}(\mu,\sigma^2)$的简单随机样本,$\overline{X}$是样本均值,记$S_1^2=\frac{1}{9}\sum_{i=1}^{10}(X_i-\overline{X})^2$,$S_2^2=\frac{1}{10}\sum_{i=1}^{10}(X_i-\overline{X})^2$,$S_3^2=\frac{1}{9}\sum_{i=1}^{10}(X_i-\mu)^2$,$S_4^2=\frac{1}{10}\sum_{i=1}^{10}(X_i-\mu)^2$,则服从自由度为9的t分布的随机变量是()
- A. $t=\frac{\overline{X}-\mu}{S_1/\sqrt{9}}$
- B. $t=\frac{\overline{X}-\mu}{S_2/\sqrt{9}}$
- C. $t=\frac{\overline{X}-\mu}{S_3/\sqrt{10}}$
- D. $t=\frac{\overline{X}-\mu}{S_4/\sqrt{10}}$
题目解答
答案
为了确定哪个随机变量服从自由度为9的t分布,我们需要理解t分布的定义。t分布定义为一个标准正态随机变量与一个卡方随机变量(除以它的自由度)的平方根的比值。具体来说,如果 $ Z $ 是一个标准正态随机变量,$ W $ 是一个自由度为 $ \nu $ 的卡方随机变量,那么随机变量
\[ T = \frac{Z}{\sqrt{W/\nu}} \]
服从自由度为 $ \nu $ 的t分布。
在我们的问题中,样本均值 $ \bar{X} $ 服从 $ N(\mu, \sigma^2/10) $。因此,标准化的样本均值
\[ Z = \frac{\bar{X} - \mu}{\sigma/\sqrt{10}} \]
服从标准正态分布 $ N(0,1) $。
接下来,我们需要找到一个自由度为9的卡方随机变量。样本方差 $ S_1^2 = \frac{1}{9} \sum_{i=1}^{10} (X_i - \bar{X})^2 $ 是总体方差 $ \sigma^2 $ 的无偏估计,且
\[ \frac{9 S_1^2}{\sigma^2} = \frac{1}{\sigma^2} \sum_{i=1}^{10} (X_i - \bar{X})^2 \]
服从自由度为9的卡方分布。因此,我们可以写
\[ W = \frac{9 S_1^2}{\sigma^2} \]
是一个自由度为9的卡方随机变量。现在,我们可以形成t统计量
\[ T = \frac{Z}{\sqrt{W/9}} = \frac{\frac{\bar{X} - \mu}{\sigma/\sqrt{10}}}{\sqrt{\frac{9 S_1^2 / \sigma^2}{9}}} = \frac{\frac{\bar{X} - \mu}{\sigma/\sqrt{10}}}{\sqrt{S_1^2 / \sigma^2}} = \frac{\bar{X} - \mu}{S_1 / \sqrt{10}}. \]
然而,我们需要匹配给定的选项。注意到 $ S_1^2 = \frac{1}{9} \sum_{i=1}^{10} (X_i - \bar{X})^2 $,所以 $ S_1 = \sqrt{\frac{1}{9} \sum_{i=1}^{10} (X_i - \bar{X})^2} $。因此,正确的t统计量是
\[ T = \frac{\bar{X} - \mu}{S_1 / \sqrt{10}} = \frac{\bar{X} - \mu}{\sqrt{\frac{1}{9} \sum_{i=1}^{10} (X_i - \bar{X})^2} / \sqrt{10}} = \frac{\bar{X} - \mu}{\sqrt{\frac{1}{90} \sum_{i=1}^{10} (X_i - \bar{X})^2}} = \frac{\bar{X} - \mu}{\frac{S_2}{\sqrt{9}} \sqrt{10/10}} = \frac{\bar{X} - \mu}{\frac{S_2}{\sqrt{9}} \sqrt{1}} = \frac{\bar{X} - \mu}{S_2 / \sqrt{9}}. \]
因此,正确答案是
\[ \boxed{B} \]
\[ T = \frac{\bar{X} - \mu}{S_2 / \sqrt{9}} \]
服从自由度为9的t分布。