设总体X的概率分布为X 0 1 2 3 P θ2 2θ(1-θ) θ2 1-2θ 其中θ(0<θ< 1/2)是未知参数,利用总体X的如下样本值3,1,3,0,3,1,2,3,求θ的矩估计和最大似然估计值.
设总体X的概率分布为
X 0 1 2 3
P θ2 2θ(1-θ) θ2 1-2θ
其中θ(0<θ< 1/2)是未知参数,利用总体X的如下样本值3,1,3,0,3,1,2,3,求θ的矩估计和最大似然估计值.
题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查参数估计中的矩估计法和最大似然估计法的应用,涉及概率分布的期望计算、样本均值的计算以及对似然函数的求导求解。
解题核心思路:
- 矩估计:通过总体期望与样本均值相等建立方程,解方程得到参数估计值。
- 最大似然估计:构造似然函数,取对数后求导,解方程得到参数估计值。需注意参数的约束条件($0 < \theta < \frac{1}{2}$)。
破题关键点:
- 矩估计的关键是正确计算总体期望$E(X)$,并用样本均值代替总体期望。
- 最大似然估计需正确写出似然函数,对数似然函数求导后化简方程,注意解的合理性验证。
矩估计
-
计算总体期望:
$E(X) = 0 \cdot \theta^2 + 1 \cdot 2\theta(1-\theta) + 2 \cdot \theta^2 + 3 \cdot (1-2\theta) = 3 - 4\theta$ -
计算样本均值:
样本值为$3,1,3,0,3,1,2,3$,样本均值为:
$\bar{x} = \frac{3+1+3+0+3+1+2+3}{8} = 2$ -
建立方程并求解:
令$E(X) = \bar{x}$,即:
$3 - 4\theta = 2 \implies \theta = \frac{1}{4}$
最大似然估计
-
构造似然函数:
样本中各取值出现的次数为:$X=0$(1次),$X=1$(2次),$X=2$(1次),$X=3$(4次)。似然函数为:
$L(\theta) = (\theta^2)^1 \cdot [2\theta(1-\theta)]^2 \cdot (\theta^2)^1 \cdot (1-2\theta)^4 = 4\theta^6 (1-\theta)^2 (1-2\theta)^4$ -
取对数并对$\theta$求导:
$\ln L(\theta) = \ln 4 + 6\ln\theta + 2\ln(1-\theta) + 4\ln(1-2\theta)$
$\frac{d}{d\theta} \ln L(\theta) = \frac{6}{\theta} - \frac{2}{1-\theta} - \frac{8}{1-2\theta} = 0$ -
化简方程并求解:
通分后得到二次方程:
$24\theta^2 - 28\theta + 6 = 0 \implies \theta = \frac{7 \pm \sqrt{13}}{12}$
验证解的合理性,最终取$\theta = \frac{7 - \sqrt{13}}{12}$(约$0.2829$,满足$0 < \theta < \frac{1}{2}$)。