设总体 X 服从 N(mu, sigma^2),且 mu, sigma^2 未知,X_1, X_2, ..., X_n 为来自总体 X 的一个样本. 则未知参数 mu, sigma^2 最大似然估计量为().A. overline(X), (1)/(n) sum_(i=1)^n (X_i - overline(X))^2B. overline(X), (1)/(n-1) sum_(i=1)^n (X_i - overline(X))^2C. overline(X), (1)/(n) sum_(i=1)^n (X_i + overline(X))^2D. noverline(X), (1)/(n) sum_(i=1)^n (X_i - overline(X))^2
A. $\overline{X}, \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2$
B. $\overline{X}, \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2$
C. $\overline{X}, \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (X_i + \overline{X})^2$
D. $n\overline{X}, \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查正态分布参数的最大似然估计方法,涉及似然函数的构造、对数似然函数的求导以及解方程求估计量的过程。
解题核心思路:
- 构造似然函数:根据正态分布的概率密度函数,写出样本的联合概率表达式。
- 取对数简化计算:通过对数转换将乘积形式的似然函数转化为求和形式。
- 分别对参数求偏导:对$\mu$和$\sigma^2$分别求偏导并令导数为零,解方程得到估计量。
- 区分无偏估计与最大似然估计:注意最大似然估计中$\sigma^2$的分母为$n$,而非无偏估计中的$n-1$。
破题关键点:
- 正确写出似然函数并取对数。
- 准确求导,特别是处理$\sigma^2$的偏导时需注意符号和链式法则。
- 代入已估计的$\mu$值,最终得到$\sigma^2$的表达式。
构造似然函数
总体$X \sim N(\mu, \sigma^2)$的概率密度函数为:
$f(X_i; \mu, \sigma^2) = \frac{1}{\sqrt{2\pi\sigma^2}} \exp\left(-\frac{(X_i - \mu)^2}{2\sigma^2}\right)$
样本的似然函数为:
$L(\mu, \sigma^2) = \prod_{i=1}^n \frac{1}{\sqrt{2\pi\sigma^2}} \exp\left(-\frac{(X_i - \mu)^2}{2\sigma^2}\right)$
取对数似然函数
对数似然函数为:
$\ln L = -\frac{n}{2} \ln(2\pi) - \frac{n}{2} \ln\sigma^2 - \frac{1}{2\sigma^2} \sum_{i=1}^n (X_i - \mu)^2$
对$\mu$求偏导
$\frac{\partial \ln L}{\partial \mu} = \frac{1}{\sigma^2} \sum_{i=1}^n (X_i - \mu) = 0$
解得:
$\mu = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i = \overline{X}$
对$\sigma^2$求偏导
$\frac{\partial \ln L}{\partial \sigma^2} = -\frac{n}{2\sigma^2} + \frac{1}{2(\sigma^2)^2} \sum_{i=1}^n (X_i - \mu)^2 = 0$
代入$\mu = \overline{X}$,解得:
$\sigma^2 = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2$
结论:最大似然估计量为$\hat{\mu} = \overline{X}$,$\hat{\sigma}^2 = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2$,对应选项A。