题目
14.(填空题,4.0分)设总体X服从指数分布Exp(λ),其中λ>0是未知参数.若从该总体中抽取容量为8的样本,其观测值为:1,3,3,2,6,5,7,9,则λ的最大似然估计值为_____.(请用最简分数表示,如1/3)
14.(填空题,4.0分)
设总体X服从指数分布Exp(λ),其中λ>0是未知参数.若从该总体中抽取容量为8的样本,其观测值为:1,3,3,2,6,5,7,9,则λ的最大似然估计值为_____.(请用最简分数表示,如1/3)
题目解答
答案
指数分布的似然函数为 $L(\lambda) = \lambda^n e^{-\lambda \sum x_i}$,取对数得 $\ell(\lambda) = n \ln \lambda - \lambda \sum x_i$。求导并令其为零,解得最大似然估计值 $\lambda = \frac{n}{\sum x_i}$。
对于样本 $1, 3, 3, 2, 6, 5, 7, 9$,总和 $\sum x_i = 36$,样本量 $n = 8$,故
\[
\lambda = \frac{8}{36} = \frac{2}{9}.
\]
**答案:** $\boxed{\frac{2}{9}}$
解析
本题考查指数分布参数的最大似然估计。解题思路是先根据指数分布的概率密度函数写出似然函数,再对似然函数取对数得到对数似然函数,然后对对数似然函数求导并令导数为零,解出参数的最大似然估计值,最后将样本数据代入计算。
- 写出指数分布的概率密度函数:
已知总体$X$服从指数分布$Exp(\lambda)$,其概率密度函数为$f(x;\lambda)=\begin{cases}\lambda e^{-\lambda x},&x\gt0\\0,&x\leq0\end{cases}$,其中$\lambda\gt0$是未知参数。 - 构建似然函数:
设$x_1,x_2,\cdots,x_n$是来自总体$X$的样本观测值,由于样本中的各个观测值是相互独立的,所以似然函数$L(\lambda)$为各个观测值概率密度函数的乘积,即$L(\lambda)=\prod_{i = 1}^{n}f(x_i;\lambda)$。
将$f(x_i;\lambda)=\lambda e^{-\lambda x_i}$代入上式可得:
$L(\lambda)=\prod_{i = 1}^{n}\lambda e^{-\lambda x_i}=\lambda^n e^{-\lambda\sum_{i = 1}^{n}x_i}$ - 取对数得到对数似然函数:
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$\ell(\lambda)$:
$\ell(\lambda)=\ln L(\lambda)=\ln(\lambda^n e^{-\lambda\sum_{i = 1}^{n}x_i})$
根据对数的运算法则$\ln(ab)=\ln a+\ln b$,可得:
$\ell(\lambda)=\ln\lambda^n+\ln e^{-\lambda\sum_{i = 1}^{n}x_i}=n\ln\lambda-\lambda\sum_{i = 1}^{n}x_i$ - 求导并令导数为零:
对对数似然函数$\ell(\lambda)$关于$\lambda$求导:
$\frac{d\ell(\lambda)}{d\lambda}=\frac{n}{\lambda}-\sum_{i = 1}^{n}x_i$
令$\frac{d\ell(\lambda)}{d\lambda}=0$,即$\frac{n}{\lambda}-\sum_{i = 1}^{n}x_i=0$,解这个方程可得:
$\frac{n}{\lambda}=\sum_{i = 1}^{n}x_i$
\为为$2$,所以$\lambda$的最大似然估计值为$\hat{\lambda}=\frac{n}{\sum_{i = 1}^{n}x_i}$。 - 代入样本数据计算:
已知样本容量$n = 8$,样本观测值为$1,3,3,2,6,5,7,9$,则$\sum_{i = 1}^{8}x_i=1 + 3 + 3 + 2 + 6 + 5 + 7 + 9 = 36$。
将$n = 8$和$\sum_{i = 1}^{8}x_i = 36$代入$\hat{\lambda}=\frac{n}{\sum_{i = 1}^{n}x_i}$可得:
$\hat{\lambda}=\frac{8}{36}=\frac{2}{9}$