题目
7.(填空题,10.0分) hat(theta)_(1),hat(theta)_(2)为的两个独立无偏估计,且hat(theta)_(1)的方差是hat(theta)_(2)的方差的3倍.当c_(1)=____,c_(2)=____时才能使c_(1)hat(theta)_(1)+c_(2)hat(theta)_(2)是theta的无偏估计,且在所有这样的线性估计中方差最小.
7.(填空题,10.0分) $\hat{\theta}_{1},\hat{\theta}_{2}$为的两个独立无偏估计,且$\hat{\theta}_{1}$的方差是$\hat{\theta}_{2}$的方差的3倍.当$c_{1}=$____,$c_{2}=$____时才能使$c_{1}\hat{\theta}_{1}+c_{2}\hat{\theta}_{2}$是$\theta$的无偏估计,且在所有这样的线性估计中方差最小.
题目解答
答案
设 $\text{Var}(\hat{\theta}_2) = \sigma^2$,则 $\text{Var}(\hat{\theta}_1) = 3\sigma^2$。 由无偏性条件 $c_1 + c_2 = 1$,代入方差公式得: $\text{Var}(c_1 \hat{\theta}_1 + c_2 \hat{\theta}_2) = (3c_1^2 + c_2^2) \sigma^2$ 将 $c_2 = 1 - c_1$ 代入,化简得: $3c_1^2 + (1 - c_1)^2 = 4c_1^2 - 2c_1 + 1$ 求二次函数最小值,得 $c_1 = \frac{1}{4}$,从而 $c_2 = \frac{3}{4}$。 答案: $\boxed{\frac{1}{4}, \frac{3}{4}}$
解析
本题考查无偏估计和方差最小化的相关知识。解题的关键在于利用无偏估计的性质确定$c_1$与$c_2$的关系,再结合方差的性质求出使方差最小的$c_1$和$c_2$的值。
- 根据无偏估计的性质确定$c_1$与$c_2$的关系:
已知$\hat{\theta}_{1},\hat{\theta}_{2}$为$\theta$的两个独立无偏估计,即$E(\hat{\theta}_{1}) = \theta$,$E(\hat{\theta}_{2}) = \theta$。
对于$c_{1}\hat{\theta}_{1}+c_{2}\hat{\theta}_{2}$是$\theta$的无偏估计,则有$E(c_{1}\hat{\theta}_{1}+c_{2}\hat{\theta}_{2}) = \theta$。
根据期望的线性性质$E(aX + bY) = aE(X) + bE(Y)$,可得$E(c_{1}\hat{\theta}_{1}+c_{2}\hat{\theta}_{2}) = c_{1}E(\hat{\theta}_{1}) + c_{2}E(\hat{\theta}_{2}) = c_{1}\theta + c_{2}\theta = (c_{1} + c_{2})\theta$。
所以$(c_{1} + c_{2})\theta = \theta$,因为$\theta\neq0$,则$c_{1} + c_{2} = 1$,即$c_{2} = 1 - c_{1}$。 - 计算$c_{1}\hat{\theta}_{1}+c_{2}\hat{\theta}_{2}$的方差:
已知$\hat{\theta}_{1}$与$\hat{\theta}_{2}$相互独立,根据方差的性质$\text{Var}(aX + bY) = a^2\text{Var}(X) + b^2\text{Var}(Y)$($X$与$Y$相互独立),设$\text{Var}(\hat{\theta}_2) = \sigma^2$,则$\text{Var}(\hat{\theta}_1) = 3\sigma^2$,可得:
$\text{Var}(c_{1}\hat{\theta}_{1}+c_{2}\hat{\theta}_{2}) = c_{1}^{2}\text{Var}(\hat{\theta}_{1}) + c_{2}^{2}\text{Var}(\hat{\theta}_{2}) = c_{1}^{2}\times 3\sigma^2 + c_{2}^{2}\sigma^2 = (3c_{1}^{2} + c_{2}^{2})\sigma^2$。 - 将$c_{2} = 1 - c_{1}$代入方差公式并化简:
把$c_{2} = 1 - c_{1}$代入$3c_{1}^{2} + c_{2}^{2}$中,得到$3c_{1}^{2} + (1 - c_{1})^{2}$。
根据完全平方公式$(a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2$展开$(1 - c_{1})^{2}$得$1 - 2c_{1} + c_{1}^{2}$,则$3c_{1}^{2} + (1 - c_{1})^{2} = 3c_{1}^{2} + 1 - 2c_{1} + c_{1}^{2} = 4c_{1}^{2} - 2c_{1} + 1$。 - 求方差最小时$c_1$的值:
令$y = 4c_{1}^{2} - 2c_{1} + 1$,这是一个关于$c_1$的二次函数,二次项系数$4\gt0$,函数图象开口向上,存在最小值。
对于二次函数$y = ax^2 + bx + c$($a\neq0$),其对称轴为$x = -\frac{b}{2a}$,则$y = 4c_{1}^{2} - 2c_{1} + 1$的对称轴为$c_{1} = -\frac{-2}{2\times 4} = \frac{1}{4}$。
所以当$c_{1} = \frac{1}{4}$时,$y$取得最小值。 - 求出$c_2$的值:
把$c_{1} = \frac{1}{4}$代入$c_{2} = 1 - c_{1}$,可得$c_{2} = 1 - \frac{1}{4} = \frac{3}{4}$。