题目
64.(填空题,2.0分)设总体X的分布为p(lambda),其中lambda是未知参数,X₁,X₂,...Xn为来自总体X的样本,参数lambda的极大似然估计量为()。
64.(填空题,2.0分)
设总体X的分布为p($\lambda$),其中$\lambda$是未知参数,X₁,X₂,...Xn为来自总体X的样本,参数$\lambda$的极大似然估计量为()。
题目解答
答案
设总体 $X$ 服从泊松分布 $P(\lambda)$,样本为 $X_1, X_2, \cdots, X_n$。似然函数为:
\[
L(\lambda) = \prod_{i=1}^n \frac{e^{-\lambda} \lambda^{X_i}}{X_i!} = \frac{e^{-n\lambda} \lambda^{\sum_{i=1}^n X_i}}{\prod_{i=1}^n X_i!}
\]
取对数似然函数:
\[
\ln L(\lambda) = -n\lambda + \left(\sum_{i=1}^n X_i\right) \ln \lambda - \sum_{i=1}^n \ln(X_i!)
\]
对 $\lambda$ 求导并令导数为零:
\[
\frac{d}{d\lambda} \ln L(\lambda) = -n + \frac{1}{\lambda} \sum_{i=1}^n X_i = 0 \implies \lambda = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i = \bar{X}
\]
因此,参数 $\lambda$ 的极大似然估计量为 $\boxed{\bar{X}}$。
解析
本题考查极大似然估计的知识。解题思路是先根据总体的分布写出似然函数,再对似然函数取对数,然后求对数似然函数关于未知参数的导数,令导数为零,最后解出未知参数的估计值。
- 写出似然函数:
已知总体$X$服从泊松分布$P(\lambda)$,其概率质量函数为$P(X = x)=\frac{e^{-\lambda}\lambda^{x}}{x!}$,$x = 0,1,2,\cdots$。
因为$X_1,X_2,\cdots,X_n$为来自总体$X$的样本,且样本中的各个样本点相互独立,所以似然函数$L(\lambda)$为各个样本点概率质量函数的乘积,即:
$L(\lambda)=\prod_{i = 1}^{n}P(X_i = x_i)=\prod_{i = 1}^{n}\frac{e^{-\lambda}\lambda^{X_i}}{X_i!}=\frac{e^{-n\lambda}\lambda^{\sum_{i = 1}^{n}X_i}}{\prod_{i = 1}^{n}X_i!}$ - 取对数似然函数:
为了方便求导,对似然函数$L(\lambda)$取自然对数,得到对数似然函数$\ln L(\lambda)$:
$\ln L(\lambda)=\ln\left(\frac{e^{-n\lambda}\lambda^{\sum_{i = 1}^{n}X_i}}{\prod_{i = 1}^{n}X_i!}\right)$
根据对数的运算法则$\ln(ab)=\ln a+\ln b$,$\ln\frac{a}{b}=\ln a - \ln b$,可得:
$\ln L(\lambda)=\ln(e^{-n\lambda})+\ln(\lambda^{\sum_{i = 1}^{n}X_i})-\ln(\prod_{i = 1}^{n}X_i!)$
再根据对数的运算法则$\ln a^b = b\ln a$,进一步化简为:
$\ln L(\lambda)=-n\lambda+\left(\sum_{i = 1}^{n}X_i\right)\ln\lambda-\sum_{i = 1}^{n}\ln(X_i!)$ - 求导并令导数为零:
对对数似然函数$\ln L(\lambda)$关于$\lambda$求导:
$\frac{d}{d\lambda}\ln L(\lambda)=\frac{d}{d\lambda}\left(-n\lambda+\left(\sum_{i = 1}^{n}X_i\right)\ln\lambda-\sum_{i = 1}^{n}\ln(X_i!)\right)$
根据求导公式$(x^n)^\prime=nx^{n - 1}$,$(\ln x)^\prime=\frac{1}{x}$,可得:
$\frac{d}{d\lambda}\ln L(\lambda)=-n+\frac{1}{\lambda}\sum_{i = 1}^{n}X_i$
令$\frac{d}{d\lambda}\ln L(\lambda)=0$,即:
$-n+\frac{1}{\lambda}\sum_{i = 1}^{n}X_i = 0$ - 解出未知参数的估计值:
由$-n+\frac{1}{\lambda}\sum_{i = 1}^{n}X_i = 0$,移项可得:
$\frac{1}{\lambda}\sum_{i = 1}^{n}X_i = n$
两边同时乘以$\lambda$,再除以$n$,得到:
$\lambda=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}X_i=\bar{X}$
所以参数$\lambda$的极大似然估计量为$\bar{X}$。