题目
9、单选 设样本X1,X2,…,Xn为来自总体X的一组样本,总体的概率密度为:f(x)=}theta x^theta-1,0<10, others求θ的极大似然估计量为()A hat(theta)=(n)/(sum_(i=1)^nln X_{i)}B hat(theta)=(n)/(sum_(i=1)^nln X_{i)}
9、单选 设样本X1,X2,…,Xn为来自总体X的一组样本,总体的概率密度为:
$f(x)=\begin{cases}\theta x^{\theta-1},0<1\\0, others\end{cases}$
求θ的极大似然估计量为()
A $\hat{\theta}=\frac{n}{\sum_{i=1}^{n}\ln X_{i}}$
B $\hat{\theta}=\frac{n}{\sum_{i=1}^{n}\ln X_{i}}$
题目解答
答案
似然函数为:
$$
L(\theta) = \theta^n \left( \prod_{i=1}^n X_i \right)^{\theta-1}
$$
取对数得:
$$
\ell(\theta) = n \ln \theta + (\theta-1) \sum_{i=1}^n \ln X_i
$$
求导并令其为零:
$$
\frac{n}{\theta} + \sum_{i=1}^n \ln X_i = 0 \quad \Rightarrow \quad \theta = -\frac{n}{\sum_{i=1}^n \ln X_i}
$$
由于 $0 < X_i < 1$,$\ln X_i < 0$,故 $\theta > 0$。因此,极大似然估计量为:
$$
\boxed{A}
$$
解析
本题考查极大似然估计量的求解,解题思路是先根据总体的概率密度函数写出似然函数,然后对似然函数取对数,接着求对数似然函数关于参数 $\theta$ 的导数并令其为零,最后解出参数 $\theta$ 的值,即为极大似然估计量。
- 写出似然函数:
已知样本 $X_1,X_2,\cdots,X_n$ 来自总体 $X$,总体的概率密度为 $f(x)=\begin{cases}\theta x^{\theta - 1},&0 < x < 1\\0,&\text{others}\end{cases}$。
似然函数 $L(\theta)$ 是样本的联合概率密度函数,由于样本相互独立,所以似然函数为各个样本概率密度函数的乘积,即:
$\begin{align*}L(\theta)&=\prod_{i = 1}^{n}f(X_i)\\&=\prod_{i = 1}^{n}\theta X_i^{\theta - 1}\\&=\theta^n\left(\prod_{i = 1}^{n}X_i\right)^{\theta - 1}\end{align*}$ - 对似然函数取对数:
为了方便求导,对似然函数 $L(\theta)$ 取自然对数,得到对数似然函数 $\ell(\theta)$:
$\begin{align*}\ell(\theta)&=\ln L(\theta)\\&=\ln\left[\theta^n\left(\prod_{i = 1}^{n}X_i\right)^{\theta - 1}\right]\\&=\ln\theta^n + \ln\left[\left(\prod_{i = 1}^{n}X_i\right)^{\theta - 1}\right]\\&=n\ln\theta + (\theta - 1)\sum_{i = 1}^{n}\ln X_i\end{align*}$ - 求对数似然函数关于 $\theta$ 的导数并令其为零:
对 $\ell(\theta)$ 关于 $\theta$ 求导:
$\begin{align*}\frac{d\ell(\theta)}{d\theta}&=\frac{d}{d\theta}\left[n\ln\theta + (\theta - 1)\sum_{i = 1}^{n}\ln X_i\right]\\&=\frac{n}{\theta} + \sum_{i = 1}^{n}\ln X_i\end{align*}$
令 $\frac{d\ell(\theta)}{d\theta}=0$,即:
$\frac{n}{\theta} + \sum_{i = 1}^{n}\ln X_i = 0$
移项可得:
$\frac{n}{\theta}=-\sum_{i = 1}^{n}\ln X_i$
解得:
$\theta = -\frac{n}{\sum_{i = 1}^{n}\ln X_i}$ - 判断 $\theta$ 的取值范围:
因为 $0 < X_i < 1$,根据对数函数的性质,$\ln x$ 在 $(0,1)$ 上小于 $0$,所以 $\ln X_i < 0$,那么 $\sum_{i = 1}^{n}\ln X_i < 0$,从而 $-\sum_{i = 1}^{n}\ln X_i > 0$,即 $\theta > 0$。
因此,$\theta$ 的极大似然估计量为 $\hat{\theta}=-\frac{n}{\sum_{i = 1}^{n}\ln X_i}$,选项 A 正确。