题目
8【单选题】设X_(1),...,X_(n)为总体N(mu,sigma^2)的一个样本,已知hat(sigma)^2=Csum_(i=1)^n-1(X_(i+1)-X_(i))^2为σ的无偏估计量,则常数C等于A. (1)/(2(n-1))B. (1)/(n)C. (1)/(n-1)D. (1)/(2n)
8【单选题】设$X_{1},\cdots,X_{n}$为总体$N(\mu,\sigma^{2})$的一个样本,已知$\hat{\sigma}^{2}=C\sum_{i=1}^{n-1}(X_{i+1}-X_{i})^{2}$为σ的无偏估计量,则常数C等于
A. $\frac{1}{2(n-1)}$
B. $\frac{1}{n}$
C. $\frac{1}{n-1}$
D. $\frac{1}{2n}$
题目解答
答案
A. $\frac{1}{2(n-1)}$
解析
本题考查无偏估计量的概念以及正态分布的性质,解题的关键在于利用无偏估计量的定义,即估计量的期望等于被估计的参数,通过计算$\hat{\sigma}^{2}$的期望并令其等于$\sigma^{2}$,从而求出常数$C$。
- 首先明确无偏估计量的定义:
若$\hat{\theta}$是总体参数$\theta$的无偏估计量,则$E(\hat{\theta}) = \theta$。已知$\hat{\sigma}^{2}=C\sum_{i = 1}^{n - 1}(X_{i + 1} - X_{i})^{2}$为$\sigma^{2}$的无偏估计量,所以$E(\hat{\sigma}^{2}) = \sigma^{2}$。 - 然后计算$E(\hat{\sigma}^{2})$:
根据期望的性质$E(aY)=aE(Y)$($a$为常数,$Y$为随机变量),可得$E(\hat{\sigma}^{2}) = E\left[C\sum_{i = 1}^{n - 1}(X_{i + 1} - X_{i})^{2}\right]=C\sum_{i = 1}^{n - 1}E\left[(X_{i + 1} - X_{i})^{2}\right]$。 - 接着求$E\left[(X_{i + 1} - X_{i})^{2}\right]$:
因为$X_{1},\cdots,X_{n}$为总体$N(\mu,\sigma^{2})$的一个样本,所以$X_{i}\sim N(\mu,\sigma^{2})$,$X_{i + 1}\sim N(\mu,\sigma^{2})$,且$X_{i}$与$X_{i + 1}$相互独立。
根据方差的定义$D(Y)=E(Y^{2})-[E(Y)]^{2}$,可得$E\left[(X_{i + 1} - X_{i})^{2}\right]=D(X_{i + 1} - X_{i}) + [E(X_{i + 1} - X_{i})]^{2}$。- 计算$E(X_{i + 1} - X_{i})$:
由于$E(X_{i + 1}) = \mu$,$E(X_{i}) = \mu$,根据期望的性质$E(aY + bZ)=aE(Y)+bE(Z)$($a,b$为常数,$Y,Z$为随机变量),可得$E(X_{i + 1} - X_{i}) = E(X_{i + 1}) - E(X_{i}) = \mu - \mu = 0$。 - 计算$D(X_{i + 1} - X_{i})$:
因为$X_{i}$与$X_{i + 1}$相互独立,根据方差的性质$D(aY + bZ)=a^{2}D(Y)+b^{2}D(Z)$($a,b$为常数,$Y,Z$为相互独立的随机变量),可得$D(X_{i + 1} - X_{i}) = D(X_{i + 1}) + D(X_{i}) = \sigma^{2} + \sigma^{2} = 2\sigma^{2}$。 - 所以$E\left[(X_{i + 1} - X_{i})^{2}\right]=2\sigma^{2} + 0^{2} = 2\sigma^{2}$。
- 计算$E(X_{i + 1} - X_{i})$:
- 再将$E\left[(X_{i + 1} - X_{i})^{2}\right]=2\sigma^{2}$代入$E(\hat{\sigma}^{2})$的表达式:
$E(\hat{\sigma}^{2}) = C\sum_{i = 1}^{n - 1}E\left[(X_{i + 1} - X_{i})^{2}\right]=C\sum_{i = 1}^{n - 1}2\sigma^{2}=2C(n - 1)\sigma^{2}$。 - 最后根据无偏估计量的定义求解$C$:
因为$E(\hat{\sigma}^{2}) = \sigma^{2}$,所以$2C(n - 1)\sigma^{2} = \sigma^{2}$。
由于$\sigma^{2}\gt0$,两边同时除以$\sigma^{2}$可得$2C(n - 1) = 1$,解得$C = \frac{1}{2(n - 1)}$。