7、设X为某一总体,其均值为μ,方差为σ²,X_(1),…,X_(n)为来自X的一组简单随机样本,以下说法错误的是A.μ的无偏估计一定是有效估计; B.σ²的有效估计一定是无偏估计;C.(1)/(n)sum_(i=1)^nX_(i)是μ的一个无偏估计; D.样本方差S²是σ²的无偏估计.
题目解答
答案
这是一道关于数理统计中参数估计基本概念的题目。我们需要逐一分析四个选项,找出说法错误的那一个。
已知条件:
- 总体 $X$ 的均值为 $\mu$,方差为 $\sigma^2$。
- $X_1, \dots, X_n$ 是来自总体 $X$ 的一组简单随机样本。
逐项分析:
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选项 C:$\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_i$ 是 $\mu$ 的一个无偏估计。
这里的 $\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_i$ 是样本均值,通常记为 $\bar{X}$。
计算其期望:$E(\bar{X}) = E\left(\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_i\right) = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} E(X_i)$。
因为 $X_i$ 是来自总体 $X$ 的样本,所以 $E(X_i) = \mu$。
因此,$E(\bar{X}) = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \mu = \frac{1}{n} \cdot n\mu = \mu$。
由于估计量的期望等于被估计的参数,所以 $\bar{X}$ 是 $\mu$ 的无偏估计。该说法正确。 -
选项 D:样本方差 $S^2$ 是 $\sigma^2$ 的无偏估计。
样本方差通常定义为 $S^2 = \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^{n} (X_i - \bar{X})^2$。
在数理统计中,这是一个经典结论:$E(S^2) = \sigma^2$。
因此,样本方差 $S^2$ 是总体方差 $\sigma^2$ 的无偏估计。该说法正确。 -
选项 A:$\mu$ 的无偏估计一定是有效估计。
无偏估计是指估计量的期望等于参数真值。有效估计是指在所有无偏估计中,该估计量的方差最小(即达到克拉美-拉奥下界)。
一个参数的无偏估计可以有多个,但有效估计通常只有一个(在特定条件下)。例如,对于总体均值 $\mu$,样本均值 $\bar{X}$ 通常是有效估计,但我们可以构造其他无偏估计量,比如只取第一个样本 $X_1$ 作为 $\mu$ 的估计量。$E(X_1) = \mu$,所以 $X_1$ 也是 $\mu$ 的无偏估计。但是 $X_1$ 的方差是 $\sigma^2$,而 $\bar{X}$ 的方差是 $\frac{\sigma^2}{n}$。显然 $X_1$ 不是方差最小的估计量,因此它不是有效估计。
所以,无偏估计不一定是有效估计。该说法错误。 -
选项 B:$\sigma^2$ 的有效估计一定是无偏估计。
在参数估计理论中,“有效性”通常是在“无偏估计”的集合中讨论的。即一个估计量如果是有效的,它首先必须是所有无偏估计中方差最小的那个。因此,有效估计必然是无偏的(特指在无偏估计类中的最优)。该说法正确。
结论:
经过上述推理,选项 A 的说法是错误的。
正确答案:A
解析
本题考查数理统计中参数估计的基本概念,包括无偏估计和有效估计的定义及性质,解题思路是根据这些定义和性质对每个选项逐一进行分析判断。
选项C
样本均值$\bar{X}=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}X_{i}$,计算其期望:
根据期望的线性性质$E(aY)=aE(Y)$($a$为常数,$Y$为随机变量)和$E(Y_1 + Y_2)=E(Y_1)+E(Y_2)$,可得
$E(\bar{X}) = E\left(\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}X_{i}\right)=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}E(X_{i})$
因为$X_{i}$是来自总体$X$的样本,所以$E(X_{i})=\mu$,则
$E(\bar{X})=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\mu=\frac{1}{n}\cdot n\mu=\mu$
由于估计量$\bar{X}$的期望等于被估计的参数$\mu$,所以$\bar{X}$是$\mu$的无偏估计,该说法正确。
选项D
样本方差$S^{2}=\frac{1}{n - 1}\sum_{i = 1}^{n}(X_{i}-\bar{X})^{2}$,在数理统计中,有经典结论$E(S^{2})=\sigma^{2}$,这表明样本方差$S^{2}$是总体方差$\sigma^{2}$的无偏估计,该说法正确。
选项A
无偏估计是指估计量的期望等于参数真值,有效估计是指在所有无偏估计中,该估计量的方差最小(即达到克拉美 - 拉奥下界)。
对于总体均值$\mu$,样本均值$\bar{X}$通常是有效估计,但我们可以构造其他无偏估计量,比如只取第一个样本$X_{1}$作为$\mu$的估计量。
因为$E(X_{1})=\mu$,所以$X_{1}$也是$\mu$的无偏估计。
而$D(X_{1})=\sigma^{2}$,$D(\bar{X})=\frac{\sigma^{2}}{n}$($n\gt1$时),显然$X_{1}$不是方差最小的估计量,因此它不是有效估计。
这说明无偏估计不一定是有效估计,该说法错误。
选项B
在参数估计理论中,“有效性”通常是在“无偏估计”的集合中讨论的,即一个估计量如果是有效的,它首先必须是所有无偏估计中方差最小的那个,所以有效估计必然是无偏的(特指在无偏估计类中的最优),该说法正确。