Statystyka Matematyczna. Skrypt. Spis treści. SKN Matematyki Stosowanej. s k n. m s 11 czerwca Oznaczenia i definicje 4

Podobne dokumenty
Statystyka Matematyczna. Skrypt. Spis treści. SKN Matematyki Stosowanej. s k n. m s 23 kwietnia Oznaczenia i definicje 3

Estymatory nieobciążone o minimalnej wariancji

Twierdzenia graniczne:

1 Twierdzenia o granicznym przejściu pod znakiem całki

Statystyka matematyczna. Wykład II. Estymacja punktowa

Podstawowe rozkłady zmiennych losowych typu dyskretnego

X i. X = 1 n. i=1. wartość tej statystyki nazywana jest wartością średnią empiryczną i oznaczamy ją symbolem x, przy czym x = 1. (X i X) 2.

ZBIEŻNOŚĆ CIĄGU ZMIENNYCH LOSOWYCH. TWIERDZENIA GRANICZNE

STATYSTYKA. Rafał Kucharski. Uniwersytet Ekonomiczny w Katowicach 2015/16 ROND, Finanse i Rachunkowość, rok 2

Zadanie 2 Niech,,, będą niezależnymi zmiennymi losowymi o identycznym rozkładzie,.

Niezależność zmiennych, funkcje i charakterystyki wektora losowego, centralne twierdzenia graniczne

P ( i I A i) = i I P (A i) dla parami rozłącznych zbiorów A i. F ( ) = lim t F (t) = 0, F (+ ) = lim t + F (t) = 1.

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

Wykład 13: Zbieżność według rozkładu. Centralne twierdzenie graniczne.

Statystyka i Opracowanie Danych. W7. Estymacja i estymatory. Dr Anna ADRIAN Paw B5, pok407

Estymacja. Dr Joanna Banaś Zakład Badań Systemowych Instytut Sztucznej Inteligencji i Metod Matematycznych. Wykład 7

θx θ 1, dla 0 < x < 1, 0, poza tym,

Charakterystyki liczbowe zmiennych losowych: wartość oczekiwana i wariancja

Wokół testu Studenta 1. Wprowadzenie Rozkłady prawdopodobieństwa występujące w testowaniu hipotez dotyczących rozkładów normalnych

są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie Poissona z wartością oczekiwaną λ równą 10. Obliczyć v = var( X

Trzeba pokazać, że dla każdego c 0 c Mc 0. ) = oraz det( ) det( ) det( ) jest macierzą idempotentną? Proszę odpowiedzieć w

1 Przedziały ufności. ). Obliczamy. gdzie S pochodzi z rozkładu B(n, 1 2. P(2 S n 2) = 1 P(S 2) P(S n 2) = 1 2( 2 n +n2 n +2 n ) = 1 (n 2 +n+2)2 n.

WYKŁAD 1. Zdarzenia losowe i prawdopodobieństwo Zmienna losowa i jej rozkłady

Lista 6. Estymacja punktowa

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

Wykład 8: Zbieżność według rozkładu. Centralne twierdzenie graniczne.

będą niezależnymi zmiennymi losowymi z rozkładu jednostajnego na przedziale ( 0,

Prawdopodobieństwo i statystyka

Zdarzenia losowe, definicja prawdopodobieństwa, zmienne losowe

Statystyka Matematyczna Anna Janicka

Modele probabilistyczne zjawisk losowych

Statystyka Matematyczna Anna Janicka

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

16 Przedziały ufności

ZAGADNIENIE ESTYMACJI. ESTYMACJA PUNKTOWA I PRZEDZIAŁOWA

Zestaw zadań do skryptu z Teorii miary i całki. Katarzyna Lubnauer Hanna Podsędkowska

I. Ciągi liczbowe. , gdzie a n oznacza n-ty wyraz ciągu (a n ) n N. spełniający warunek. a n+1 a n = r, spełniający warunek a n+1 a n

Liczebnośd (w tys.) n

STATYSTKA I ANALIZA DANYCH LAB II

0.1 ROZKŁADY WYBRANYCH STATYSTYK

1 Dwuwymiarowa zmienna losowa

Wykład z Rachunku Prawdopodobieństwa II

Zmienna losowa N ma rozkład ujemny dwumianowy z parametrami (, q) = 7,

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

Statystyka opisowa. (n m n m 1 ) h (n m n m 1 ) + (n m n m+1 ) 2 +1), gdy n jest parzyste

Rozkłady statystyk z próby Twierdzenia graniczne

0.1 Statystyczne Podstawy Modelu Regresji

Operatory zwarte Lemat. Jeśli T jest odwzorowaniem całkowym na przestrzeni Hilberta X = L 2 (Ω) z jądrem k L 2 (M M)

8 Weryfikacja hipotez statystycznych

Marek Be±ka, Statystyka matematyczna, wykªad Wykªadnicze rodziny rozkªadów prawdopodobie«stwa

z przedziału 0,1. Rozważmy trzy zmienne losowe:..., gdzie X

1. Wnioskowanie statystyczne. Ponadto mianem statystyki określa się także funkcje zmiennych losowych o

Lista 5. Odp. 1. xf(x)dx = xdx = 1 2 E [X] = 1. Pr(X > 3/4) E [X] 3/4 = 2 3. Zadanie 3. Zmienne losowe X i (i = 1, 2, 3, 4) są niezależne o tym samym

1) Jakie są różnice pomiędzy analiza danych a wnioskowaniem statystycznym?

STATYSTYKA MATEMATYCZNA. WYKŁAD 0 (powt. wiadomości z r. p-stwa)

Zadanie 3. ( ) Udowodnij, że jeśli (X n, F n ) jest martyngałem, to. X i > t) E X n. . t. P(sup

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 11

PRZEDZIAŁY UFNOŚCI. Niech θ - nieznany parametr rozkładu cechy X. Niech α będzie liczbą z przedziału (0, 1).

P = 27, 8 27, 9 27 ). Przechodząc do granicy otrzymamy lim P(Y n > Y n+1 ) = P(Z 1 0 > Z 2 X 2 X 1 = 0)π 0 + P(Z 1 1 > Z 2 X 2 X 1 = 1)π 1 +

Wykład 5 Przedziały ufności. Przedział ufności, gdy znane jest σ. Opis słowny / 2

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 7 i 8 - Efektywność estymatorów, przedziały ufności

3. Funkcje elementarne

Podstawowe oznaczenia i wzory stosowane na wykładzie i laboratorium Część I: estymacja

oznaczają łączne wartości szkód odpowiednio dla k-tego kontraktu w t-tym roku. O składnikach naszych zmiennych zakładamy, że:

1 Układy równań liniowych

Rozkład normalny (Gaussa)

Zadania z algebry liniowej - sem. I Liczby zespolone

ma rozkład złożony Poissona z oczekiwaną liczbą szkód równą λ i rozkładem wartości pojedynczej szkody takim, że Pr( Y

STATYSTYKA OPISOWA I PROJEKTOWANIE EKSPERYMENTU dr inż Krzysztof Bryś

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka Wnioskowanie statystyczne. Estymacja i estymatory. Dr Anna ADRIAN Paw B5, pok407

n n X n = σ σ = n n n Ponieważ zmienna losowa standaryzowana ma rozkład normalny N(0, 1), więc

1 Zmienne losowe. Własności dystrybuanty F (x) = P (X < x): F1. 0 F (x) 1 dla każdego x R, F2. lim F (x) = 0 oraz lim F (x) = 1,

Stwierdzenie 1. Jeżeli ciąg ma granicę, to jest ona określona jednoznacznie (żaden ciąg nie może mieć dwóch różnych granic).

3. Regresja liniowa Założenia dotyczące modelu regresji liniowej

ZSTA LMO Zadania na ćwiczenia

Szeregi liczbowe. Szeregi potęgowe i trygonometryczne.

1. Miara i całka Lebesgue a na R d

Komputerowa analiza danych doświadczalnych

Korelacja i regresja. Dr Joanna Banaś Zakład Badań Systemowych Instytut Sztucznej Inteligencji i Metod Matematycznych. Wykład 12

Kurs Prawdopodobieństwo Wzory

Ciągi liczbowe wykład 3

a 1, a 2, a 3,..., a n,...

Przykłady 8.1 : zbieżności ciągów zmiennych losowych

µ = Test jest następujący: jeŝeli X > 0.01 to odrzucamy H. 0

3. Tworzenie próby, błąd przypadkowy (próbkowania) 5. Błąd standardowy średniej arytmetycznej

Komputerowa analiza danych doświadczalnych

Trochę zadań kombinatorycznych. 1. na ile sposobów można siedmiu stojących na peronie pasażerów umieścić w trzech wagonach?

Estymacja przedziałowa:

Ekonomia matematyczna - 1.1

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 13 i 14 - Statystyka bayesowska

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Szeregi liczbowe

8. Udowodnić, że: a) macierz X X jest macierzą symetryczną; b) jeśli M jest macierzą idempotentną, o wyznaczniku różnym od 0, to M = I;

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 1

I kolokwium z Analizy Matematycznej

MODELE MATEMATYCZNE W UBEZPIECZENIACH. 1. Renty

+ ln = + ln n + 1 ln(n)

Funkcja wykładnicza i logarytm

Transkrypt:

Spis treści Ozaczeia i defiicje 4 Wioskowaie statystycze 4. Statystyki dostatecze................................................. 4.. Rodzia rozkładów wykładiczych...................................... 5. Rozkłady iektórych statystyk............................................ 5.3 Estymatory....................................................... 6.3. Defiicje..................................................... 6.3. Metody wyzaczaia estymatorów...................................... 8 3 Testowaie hipotez statystyczych 8 3. Testy ajmociejsze.................................................. 8 3. Testy ilorazowe..................................................... 9 4 Statystyka bayesowska 0 4. Bayesowskie przedziały ufości............................................ 0 4. Rodziy sprzężoe................................................... 0 4.3 Decyzje statystycze.................................................. 4.4 Reguły bayesowskie................................................... Skrypt SKN Matematyki Stosowaej s k m s czerwca 006 5 Rachuek prawdopodobieństwa 5. Fukcje zmieych losowych.............................................. 5. Fukcje charakterystycze............................................... 5.3 Zbieżości probabilistycze.............................................. 3 5.4 rawa wielkich liczb.................................................. 4 5.4. Słabe prawa wielkich liczb........................................... 4 5.4. Moce prawa wielkich liczb.......................................... 5 5.5 Cetrale Twierdzeia Graicze........................................... 6 5.6 Nierówości....................................................... 7 6 Tabela rozkładów dyskretych 8 7 Tabela rozkładów ciągłych 9 0

7 Tabela rozkładów ciągłych Nazwa Fukcja gęstości arametry EX D X Dystrybuata F. tworząca Jedostajy χ<a,b> b a a < b a + b x a b a b a Normaly σ π e x m Trójkąty a x Log-ormaly xσ lx m e π σ σ > 0 m σ a x < a 0 3 a σ σ > 0 e m+ σ e σ e m+σ areto χ <b, ab a x a+ a, b > 0 ba a : a > b a a a : a > b x k Wykładiczy χr++ e x > 0 Gamma Γ, s χr++ s Γs xs e x s s > 0 Beta Γp+q ΓpΓq xp x q x, p, q > 0 x < p p+q e itb e ita itb a e x it s pq p+q p+q+ Laplace a σ e x m σ σ > 0 m σ Cauchy ego π Uog. Cauchy ego π +x - - b b+x a b > 0 - - Weibulla sx s e xs s, s > 0 Γ + s s Γ + s Γ + s θit k π arctax + Chi-kw df eπx it Chi-kw df x e x T-studeta df Γ Γ + Γ Γ + x + m m x m Sedecora B m, mx m > 0 N + m+/ e Logistyczy x > 0 +e x it > 0 > +m m 4 > 4 Maxwella χr++ 4 3 π x e x > 0 π 3π 8 π Rayleigha χr++ x xe > 0 π 4 π x 4 exp σ 9

6 Tabela rozkładów dyskretych Nazwa X = k EX D X Dystrybuata F. tworząca Zerojedykowy = p 0 = p p p Dwupuktowy p k p k Γk+, k! expe it + Rówomiery k p k p k p p Dwumiaowy p oissoa k k! e Geometryczy p p k p p p M N M N N N M N M k N M k N Hipergeometryczy m p p p m p k m m p k m Uj. dwumiaowy ascala Logarytmiczy θk k log θ Autorzy Katarzya Łuckowska Marci Szymański aweł Wietraszuk Niiejszy skrypt apisay został jako pomoc dla studiujących statystykę matematyczą. Wszelkie teksty w im zawarte staowią własość itelektualą autorów. racę złożoo w języku L A TEX ε Γs = Γs + = sγs 0 t s e t dt Γ =! N Bp, q = Bp, q = ΓpΓq Γp + q 0 t p t q dt c Studeckie Koło Naukowe Matematyki Stosowaej??? Warszawa 006 8 3

Ozaczeia i defiicje 5.6 Nierówości Oz. rzestrzeń parametrów. Θ Tw. 87 Schwarz. Jeśli EX < i EY <, to Oz. rzestrzeń prób. X R Oz. 3 Obserwacja losowa. wektor losowy X X Oz. 4 Rodzia rozkładów prawdopodobieństwa. { θ : θ X} Def. 5 Model statystyczy; rzestrzeń statystycza. E XY EX EY, poadto rówość zachodzi wtedy i tylko wtedy, gdy X i Y są liiowo zależe. Tw. 88 Jese. Niech E X < oraz g : R R wypukła, taka że E gx <, wtedy X, S, { θ : θ X} S = BX gex EgX. Def. 6 Idetyfikowalość. Własość modelu: θ θ θ θ Def. 7 Statystyka. Fukcja t : X R k taka, że X X tx jest zmieą losową a X, S, { θ : θ X} S = BX Def. 8 Statystyka k-wymiarowa. T : R R k T X,..., X X,..., X iid F Def. 9 k-ta statystyka pozycyja. X k: k-ta liczba w rosąco uporządkowaym ciągu Def. 0 Mediaa. { X + M e = : mod X : + X +: Def. Dystrybuata empirycza. F ˆ t = card{xi:xi t} Tw. Gliweko-Catelli. sup F t F ˆ t 0 t Tw. Własości dystrybuaty empiryczej.. t R F t, X F t. t R E F F t, X = F t 3. Ft,X F t d Z N 0, F t[ F t] Wioskowaie statystycze. Statystyki dostatecze Def. Statystyka dostatecza. T, że rozk. warukowy θ { T = t} ie zależy od θ Def. 3 Statystyka dostatecza. Statystyka dostatecza dla θ to taka, która geeruje podział dostateczy przestrzei prób. Tw. 3 O faktoryzacji. T jest dostatecza g θ - zależy od θ, zależy od x tylko przez T h - ie zależy od θ, zależy od x f θ x = g θ T x hx Def. 4 odział dostateczy. odział A przestrzei prób X jest dostateczy dla θ, jeśli przy każdym ustaloym zbiorze A A rozkład warukowy próby pod warukiem A ie zależy od θ. Def. 5 Kostrukcja miimalego podziału dostateczego. do apisaia Def. 6 Miimala statystyka dostatecza. Statystyka S jest miimala statystyką dostateczą gdy dla każdej iej statystyki dostateczej T istieje fukcja h taka, że S = ht. Def. 7 Miimala statystyka dostatecza. Miimala statystyka dostatecza dla θ to taka, która geeruje miimaly podział dostateczy przestrzei prób. Def. 8 Statystyka zupeła. Statystyka T = T X jest zupeła, jeżeli dla wszystkich θ Θ z rówości E θ ht = 0 wyika że h 0 z prawdopodobieństwem a zbiorze wartości T. Def. 9 Statystyka swoboda wzgl. θ. Statystyka, której rozkład ie zależy od θ. Def. 0 Statystyka swoboda I rzędu. Statystyka, której wartość oczekiwaa ie zależy od θ. Tw. 4 Basu. Jeżeli T jest statystyką dostateczą zupełą dla θ, a V statystyką swobodą, to T i V są iezależymi zmieymi losowymi. Tw. 5. Miimala statystyka dostatecza ie musi być zupeła Tw. 6. Jeżeli T jest statystyką dostateczą zupełą to jest miiimalą statystyką dostateczą Tw. 89 Czebyszew. Niech X będzie ieujemą zmieą losową. Wtedy dla każdego ε > 0 X ε EX ε. Tw. 90 Czebyszew. Niech g : R + R borelowska, iemalejące i dodatia, wtedy [rzykład] Dla gx = x i X := X EX otrzymujemy ε > 0 X > a Eg X ga X EX ε V ar X ε. Tw. 9 Hölder. Niech p, q > oraz p + q = i E X p <, E Y q <, wtedy E XY < oraz Tw. 9 Mikowski. Niech p wtedy E XY E X p p E Y q q. E X + Y p p E X p p + E Y p p Tw. 93 Kołomogorow. Niech X,..., X będą iezależymi zmieymi losowymi, takimi że EX i = 0 i EX i < i =,...,. Jeśli c > 0, że X i c =, i =,..., to gdzie S = X +... + X. ε > 0 max k S k ε c + ε ES, 4 7

5.5 Cetrale Twierdzeia Graicze Tw. 79 CTG. Niech X, X,... będą iezależymi zmieymi losowymi o tym samym rozkładzie oraz iech EX = 0 i V arx =. Wtedy X +... + X d N 0,. Tw. 80. Niech X, X,... będą iezależymi zmieymi losowymi o tym samym rozkładzie, iech EX = µ i V arx = σ. Wtedy dla każdego ε X +... + X µ σ ε Φε. Tw. 8 Lideberga-Levy ego. Jeżeli zmiee losowe X, X,... są iezależe o jedakowych rozkładach z parametrami EX k = µ, V arx k = σ dla k=,,..., to a < S µ σ b = Φb Φa, gdzie Φ jest dystrybuatą rozkładu ormalego N0,. Ozacza to, że suma S ma rozkład asymptotyczie ormaly Nµ, σ. Tw. 8 de Moivre a-laplace a. Jeżeli zmiee losowe X, X,... są iezależe o jedakowych rozkładach dwupuktowych Berp, to a < S p b = Φb Φa, pq gdzie Φ jest dystrybuatą rozkładu ormalego N0,. Ozacza to, że suma S ma rozkład asymptotyczie ormaly Np, pq. Tw. 83 Berry-Essée. Jeżeli X jest ciągiem iezależych zmieych losowych o tym samym rozkładzie i E X 3 < to, sup S ES t Φt V ars C E X EX 3 σ 3, t R gdzie σ = V arx oraz π C < 0, 8. Tw. 84 oissoa. Jeżeli zmiee losowe X, X,... są iezależe o rozkładach dwumiaowych Bi, p i jeśli p = dla =,,..., to X! = k = k!k! pk p k = k k! e. Def. 86 Waruek Lideberga. Ciąg zmieych losowych X spełia waruek Lideberga, jeśli dla każedo ε > 0 gdzie s = k= V arx k. s k= E[X k EX k { Xk EXk >εs}] 0, Def. 87 Waruek Lapuowa. Ciąg zmieych losowych X spełia waruek Lapuowa, jeśli dla wszystkich k aturalych i dla pewego δ > 0 jest E X k +δ < oraz s +δ E X k EX k +δ = 0. Lem. 85. Waruek Lapuowa pociąga za sobą waruek Lideberga. Tw. 86. Jeśli ciąg iezależych zmieych losowych X spełia waruek Lideberga, to S ES a Φa jedostajie względem a. s k=.. Rodzia rozkładów wykładiczych Def. Rodzia rozkładów wykładiczych. Rodzia rozkładów { θ : θ Θ} taka, że każdy rokład jest postaci k p θ x = e cjθtjx bθ j= hx i T,..., T k są liiowo iezależe, a c,..., c k tworzą k-wymiarowy zbiór Tw. 7. Dla rodziy wykładiczej T X,, T k X jest miimalą statystyką dostateczą oraz statystyką zupełą. Tw. 8. Dla próby z rodziy wykładiczej jest statystyką dostateczą zupełą.. Rozkłady iektórych statystyk Def. Średia. X = Xi i T X i,, i Jest ieobciążoym estymatorem wartości oczekiwaej Jest zgodym estymatorem wartości oczekiwaej Tw. 9. V arx = V arx Def. 3 Wariacja z próby. S = Xi X Jest obciążoym estymatorem wariacji S X = σ Tw. 0 Fisher. Jeżeli X,..., X iid Nm, σ to. X, S są iezależe. X m, σ 3. S σ χ Tw.. Jeżeli X,..., X k iid N0, to. X i χ k. E X i = k i= EX i = k Tw.. Jeżeli Y,..., Y m są iezależe Y i χ vi to Y i χ vi T k X i Tw. 3. Jeżeli X,..., X iid Nm, σ Y,..., Y iid Nm, σ to S σ + S σ χ + Tw. 4 Gosset. Jeżeli X, Y są iezależe X N0, Y χ v to. X Y t v v. v X m σ vs σ v = X m S v tv Tw. 5. Jeżeli X, Y są iezależe X χ Y v χ to v F = X v Y v F v,v 6 5

Lem. 6. Na mocy CTG Jeżeli X ma rozkład dwumiaowy to Tw. 7 SWL Markowa. Niech X będzie ciągiem zmieych losowych takich, że X p p p Np, p p Uwaga: Jeżeli ie zamy p to przy kostruowaiu przedziału ufości zakładamy ajgorszy przypadek p = Tw. 7. X,..., X iid Nm, σ S = Xi X Y,..., Y iid Nm, σ S = Yi Y Tw. 8 Rozkład k-tej statystyki pozycyjej..3 Estymatory.3. Defiicje F = F Xk: = X k: < x = S σ S σ i=k F,! m! m! F xi F x i = F x! = t k t k dt k! k! 0! f Xk: = X k: = x = k! k! F xk F x k fx Def. 4 Estymator. Statystyka T X, X,..., X, której rozkład zależy od pewego parametru θ rozkładu populacji, Dla X = x,..., X = x, liczbę T x, x,..., x azywamy wartością estymatora. Def. 5 Kwadratowa fukcja straty estymatora T. LT, θ = T x gθ Def. 6 Ryzyko estymatora T ; Błąd średiokwadratowy. R T θ = E θ LT, θ Tw. 9. Jeżeli T jest estymatorem θ to dla jego ryzyka zachodzi Def. 7 Najlepszy estymator. gdzie D - zbiór estymatorów R T θ = V art x + ET x θ T 0 : θ Θ T D R T0 θ R T θ Def. 8 Estymator zgody. Estymator U ω, θ = fx ω, X ω,..., X ; θ parametru θ jest zgody, gdy jest o zbieży według prawdopodobieństwa do parametru θ, tz. gdy ε > 0 {ω : U ω; θ θ > ε} = 0 Def. 9 Estymator ieobciążoy. Estymator U jest ieobciążoym estymatorem parametru θ N EU = θ Def. 30 Estymator asymptotyczie ieobciążoy. Estymator U jest asymptotyczie ieobciążoym estymatorem parametru θ EU = θ Tw. 0. Jeżeli E θ U = θ przyajmiej asymptotyczie ieobciążoy oraz D U = 0, to U jest zgodym estymatorem parametru θ. Def. 3 Obciążeie estymatora. EU θ Def. 3 Estymator NMW. Estymatorem ieobciążoym o miimalej wariacji parametru θ azywamy te spośród ieobciążoych estymatorów tego parametru, który ma ajmiejszą wariację. wtedy X spełia SWL. V ars = 0, Tw. 7 WL Czebyszewa lub Markowa. Niech X będzie ciągiem zmieych losowych iezależych o skończoych wariacjach σ = V arx, =,,.... Jeżeli σk = 0, to ciąg X spełia SWL. k= Tw. 73 SWL Czebyszewa. Jeśli X są iezależe lub parami ieskorelowae i mają wspólie ograiczoe wariację, tj. to ciąg X spełia SWL. K V ar X i < K i =,,... Tw. 74 WL Chiczya. Niech X będzie ciągiem iezależych zmieych losowych o tym samym rozkładzie i skończoej wartości oczekiwaej µ. Wtedy ciąg X spełia SWL, tz. S µ ε =. 5.4. Moce prawa wielkich liczb Def. 85 MWL. Mówimy, że ciąg X spełia moce prawo wilkich liczb, jeżeli ciąg zmieych losowych S ES jest zbieży do zera z prawdopodobieństwem, tz. dla kazdego ε > 0 S ES = 0 =. Tw. 75 MWL Beroulliego. Ozaczmy przez S liczbę sukcesów w schemacie Beroulliego prób z prawdopodobieństwem sukcesu w pojedyczej próbie rówym p. Wtedy dla każdego ε > 0 sup S k k p ε =. k Tw. 76 Twierdzeie Kołomogorowa. Jeśli X = jest ciągiem iezależych zmieych losowych takich, że V arx <, =,,..., przy czym V arx <, to z prawdopodobieństwem = S ES = 0. Tw. 77 MWL Kołomogorowa. Jeżeli X = jest ciągiem iezależych zmieych losowych o jedakowym rozkładzie, E X <, to X spełia MWL, czyli S = EX z prawdopodobieństwem. Lem. 78. Jeśli X, X,... takie, że EX = µ dla =,,... to jeśli X = 0 = 0 MWL ie zachodzi µ 6 5

d Jeżeli X EX EX to X L e Jeżeli X to istieje podciąg Xk taki, że X k Tw. 64. Jeżeli jest rozkładem dyskretym, to dla zmieych losowych określoych a przestrzei probabilistyczej Ω, F, zachodzi rówoważość: X X X Def. 8. Rodzię zmieych losowych {X t : t T } azywamy jedostajie całkowalą, jeżeli sup E X t I C { Xt >C} = 0. t T Lem. 65. Jeżeli X t Y dla t T, EY <, to rodzia zmieych losowych {X t : t T } jest jedostajie całkowala. Tw. 66. X L p X dla p wtedy i tylko wtedy, gdy i X ii Rodzia { X p } jest jedostajie całkowala. Def. 8. Niech µ = będzie ciągiem rozkładów prawdopodobieństwa a E, BE. Mówimy, że jest o słabo zbieży do rozkładu µ jeżeli dla każdej fukcji ciągłej i ograiczoej f : E R zachodzi fdµ = fdµ. E Def. 83. Niech X, X, X,... będą zmieymi losowymi o rozkładach µ, µ, µ,... odpowiedio. Mówimy, że ciąg X jest zbieży według rozkładu do X, jeżeli ciąg µ słabo zbiega do µ, co zapisujemy X d Tw. 67. Następujące waruki są rówoważe: a Ciąg µ słabo zbiega do µ, b sup µ F µf dla każdego domkiętego zbioru F, c if µ G µg dla każdego otwartego zbioru G, d µ B = µb dla każdego zbioru B takiego, że µ B = 0. Tw. 68 Scheffe. Niech µ będzie miarą σ-skończoą oraz fukcje f i f będą ieujeme i takie, że miary ν A = f dµ, νa = fdµ są miarami probabilistyczymi. Niech poadto f f p.. względem miary µ. Wówczas A E sup ν A νa 0. A Mówimy wtedy, że miary ν zbiegają do miary ν w ormie całkowitej wariacji. Tw. 69. Niech µ, µ będą rozkładami ciągłymi o gęstościach f, f odpowiedio. Jeżeli f f p.. względem miary Lebesgue a, to ciąg rozkładów µ słabo zbiega do rozkładu µ. 5.4 rawa wielkich liczb 5.4. Słabe prawa wielkich liczb Def. 84 SWL. Mówimy, że ciąg X spełia słabe prawo wielkich liczb, jeżeli ciąg zmieych losowych S ES jest zbieży według prawdopodobieństwa do zera, tz. dla kazdego ε > 0 S ES > ε = 0 S ES ε =. Tw. 70 WL Beroulliego. Jeżeli S = X + X +... + X ma rozkład dwumiaowy Bi, p, to dla każdego ε > 0 S p ε =. A Tw. Rao-Blackwella. Jeżeli ĝ jest estymatorem ieobciążoym fukcji gθ i jeżeli T jest statystyką dostateczą dla rodziy rozkładów, to E θ ĝ T jest estymatorem ieobciążoym o wariacji jedostajie ie większej od wariacji ĝ. Tw. Lehmaa-Scheffego. Dla dowolego estymatora ieobciążoego SX parametru θ estymator postaci E θ SX T gdzie T jest statystyką dostateczą zupełą jest ENMW. Lem. 3. Dla dowolego estymatora ˆθ jego błąd średiokwadratowy jest sumą jego wariacji i kwadratu obciążeia, tj. Eˆθ θ = V arˆθ + Eˆθ θ. Lem. 4. Jeżeli estymator jest ieobciążoy to jego błąd średiokwadratowy ryzyko jest rówe wariacji. Def. 33 Fukcja iformacji Fishera. Iθ = E θ lfx, θ θ = E θ lfi X i, θ Lem. 5. rzy spełioych założeiach ierówości Rao-Cramera zachodzi: Iθ = E θ θ l f θx Tw. 6 Nierówość Rao-Cramera. V ar ˆθ Iθ Tw. 7. Niech będą spełioe założeia ierówości Rao-Cramera. Wtedy estymator ieobciążoy o wariacji Iθ istieje ] θ l f θx = aθ [ θx θ Wtedy θx jest ENMW dla θ oraz aθ = Iθ. Def. 34 Efektywość estymatora. Efektywością estymatora ˆθ azywamy fukcję V ar θ ˆθ ef θ ˆθ = = Iθ V ar θ ˆθ Iθ. Def. 35 Estymator ajefektywiejszy. ˆθ : θ ef θ ˆθ = Lem. 8. Jeśli estymator jest estymatorem ajefektywiejszym to jest o rówież ENMW. Implikacja odwrota jest ieprawdziwa Def. 36 Błąd stadardowy estymatora. Błędem stadardowym estymatora ˆθ parametru θ azywamy dowoly estymator jego odchyleia stadardowego σˆθ i ozaczamy go SEˆθ. Def. 37 Estymator studetyzoway. Niech ˆθ będzie ieobciążoym estymatorem parametru θ. Wówczas studetyzowaym estymatorem θ azywamy wielkość ˆθ θ SEˆθ. Def. 38 Fukcja cetrala. Fukcją cetralą azywamy fukcję tx, θ, której rozkład ie zależy od θ i która dla każdego X = x jest mootoiczą fukcją θ. Def. 39 Kostrukcja zbiorów ufości. Wyzaczamy stałe t, t takie, że θ t tx, θ t = α. θ t tx, θ t ˆθ X θ ˆθ X rzedział ˆθ X; ˆθ X jest przedziałem ufości dla θ a poziomie ufości α. Def. 40 rzedział ufości. ara statystyk LX, UX określa przedział ufości a poziomie ufości α, α 0, - ustaloe. Jeżeli θ [LX θ UX] α to [LX, UX] - przedział ufości dla θ a poziomie ufości α Jeżeli θ [LX θ] α to [LX, + ] - przedział ufości dla θ a poziomie ufości α 3 Jeżeli θ [θ UX] α to [, UX] - przedział ufości dla θ a poziomie ufości α Def. 4 Asymptotyczy przedział ufości. rzedział g ; g, gdzie g = gx,..., x i g = gx,..., x, jest asymptotyczym przedziałem ufości dla gθ a poziomie α, jeżeli g gθ g α θ Θ θ 4 7

.3. Metody wyzaczaia estymatorów Def. 4 Metoda mometów. Def. 43 Metoda ajwiększej wiarygodości. x = EX = fθ θ = f x fx,..., x, θ = Π i=fx i, θ ˆθ : l fx,..., x, θ = 0 θ 3 Testowaie hipotez statystyczych Def. 44 Test zradomizoway. Test H 0 : θ Θ 0 przeciw H : θ Θ utożsamiamy z fukcją ϕ: X 0; taką że jeżeli ϕx = 0 to ie odrzucamy H 0, jeżeli ϕx = to odrzucamy H 0, a jeżeli ϕx 0;, to uruchamiamy losowaie iezależe od próby losowej X, w którym odrzucamy H 0 z prawdopodobieństwem ϕx. Def. 45 Test iezradomizoway. Def. 46 Obszar krytyczy testu. Wtedy ϕx = χ W x ϕ: X {0; } W = {x X: ϕx = } Def. 47. Test hipotezy H 0 a poziomie istotości α jest to każdy test ϕ taki, że θ Θ E θ ϕx α Dla testu iezradomizowaego Def. 48 Błąd I rodzaju. Odrzuceie prawdziwego H 0 Def. 49 Błąd II rodzaju. rzyjęcie fałszywego H 0 E θ ϕx = θ X W Def. 50 oziom istotości; rozmiar testu. α = {x W H 0 } = I rodz. Def. 5. β = {x X \ W H } = II rodz. Def. 5 Moc testu. {x W H } = MW = β Def. 53. Fukcja mocy testu jest to fukcja π : Θ 0;, πθ = E θ ϕx, θ Θ Def. 54 Test ieobciążoy. Dla α 0, {x W H 0 } = α {x W H } > α Def. 55 Test zgody. {x W H } = Tw. 9 orówaie mocy testów. Założeia: W, W X {x W H 0 } {x W H 0 } Jeżeli MW = {x W H } {x W H } = MW to test oparty a W jest jedostajie mociejszy od testu opartego a W 3. Testy ajmociejsze Def. 56 Test ajmociejszy. Test, który miimalizuje β przy zadaym α Lem. 30 Neymaa - earsoa. Niech R będzie dowolym zbiorem w X takim, że θ0 R α. rzypuśćmy że istieje zbiór R X, gdzie R = {x: px p0x K}, dla którego θ0 R = α. Wtedy θ R θ R. Lem. 3 Wiosek z lematu Neymaa-earsoa. Jeśli β jest mocą testu ajmociejszego a poziomie α 0; dla H 0 : = 0 przeciw H : =, to β > α, chyba że 0 =. Tw. 56 O odwrotym przekształceiu Fouriera. Rozkład prawdopodobieństwa µ, który ma całkowalą fukcję charakterystyczą ϕ, ma także ograiczoą i ciągłą gęstość f, daą wzorem fx = π e isx ϕsds. Tw. 57. Jeżeli fukcja charakterystycza ϕ zmieej losowej X jest okresowa o okresie π, to X jest zmieą losową typu dyskretego, przyjmującą tylko wartości całkowite 5.3 Zbieżości probabilistycze X = k = π π π e itk ϕtdt. Def. 80. Ciąg zmieych losowych X = jest zbieży do zmieej losowej X: a prawie a pewo, jeżeli co ozaczamy X b według prawdopodobieństwa, jeżeli dla każdego ε > 0 co ozaczamy X {ω : X ω = Xω} =, X X > ε = 0, b według p-tego mometu w L p, 0 < p <, jeżeli E X p <, E X p < dla =,,... oraz co ozaczamy X L p Tw. 58 Waruek rówoważy zbieżości prawie a pewo. E X X p = 0, X X ε > 0 : N sup X k X ε k N Tw. 59. Jeżeli dla każdego ε > 0 = X X ε <, to X Tw. 60. Jeżeli EX <, EX < oraz = EX X <,to X Tw. 6 Twierdzeie o dwóch szeregach. Jeśli X - iezależe zmiee losowe oraz EX < V ar X < X zb. p.. Tw. 6 Waruki Cauchy ego. Zachodzą astępujące waruki Cauchy ego: a b Tw. 63. Zachodzą astępujące implikacje: a Jeżeli X to X b Jeżeli X L p to X X X ε > 0 : N,m N = 0 X X m < ε =, X X ε > 0 :,m X X m > ε = 0. c Jeżeli X L p p q to X L q 8 3

5. Fukcje zmieych losowych Tw. 48. Jeżeli zmiea losowa X : Ω a, b, a < b ma rozkład o gęstości f X oraz ϕ : a, b R jest klacy C oraz ϕ 0. to zmiea losowa Y = ϕx ma rozkład o gęstości gdzie h = ϕ. f Y y = f X hy h y I ϕa,b y, Tw. 49. Załóżmy, że zamy gęstość f X,Y wektora dwuwymiarowego X, Y oraz, że day jest wektor U, W = ϕ X, Y, ϕ X, Y. Zatem mamy u = ϕ x, y x = φ u, w w = ϕ x, y y = φ u, w wtedy Jakobia J wyraża się wzorem J = φ u φ u φ w φ w atomiast fukcja gęstości wektora losowego U, W wygląda astępująco f U,W u, w = J f X,Y φ u, w, φ u, w. Tw. 50 Addytywość rozkładu Gamma. Jeżeli X i Γ, s i = χ R++ s Γs xs e x to oraz dla sumy 5. Fukcje charakterystycze θx i Γ, θs i X i Γ, s i i Def. 78 Fukcja charakterystycza. Fukcją charakterystyczą zmieej losowej X : Ω R azywamy fukcję ϕ X : R C, daą wzorem ϕ X t = Ee itx t R. Tw. 5 Własości fukcji charakterystytczych. Niech ϕ X będzie fukcją charakterystyczą zmieej losowej X. Wtedy. ϕ X 0 =. ϕ X t 3. ϕ X t = ϕ X t 4. ϕ X t jest jedostajie ciągła Def. 79. Fukcję ϕ : R C azywamy dodatio określoą wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego aturalego, dla każdego ciągu t,..., t liczb rzeczywistych i zespoloych z,..., z mamy ϕt k t l z k z l 0. k,l Tw. 5 Bochera. Fukcja ϕ jest fukcją charakterystyczą pewego rozkładu prawdopodobieństwa wtedy i tylko wtedy, gdy jest ciągła, dodatio określoa i ϕ0 =. Tw. 53. Jeśli E X <, N, to -ta pochoda fukcji charakterystyczej ϕ X istieje i jest jedostajie ciągła, a poadto ϕ X 0 = i EX. Tw. 54. Jeśli X, Y są iezależymi zmieymi losowymi, to ϕ X+Y t = ϕ X tϕ Y t. Tw. 55. Jeśli rozkłady prawdopodobieństwa µ i ν a R, BR mają rówe fukcje charakterystycze, czyli ϕ µ t = ϕ ν t dla wszystkich t R, to µ = ν. Def. 57 Mootoiczy iloraz wiarygodości. Mówimy, że rodzia rozkładów { θ : θ Θ} jest rodzią rozkładów z mootoiczym ilorazem wiarygodości, jeżeli istieje taka fukcja T x, że dla θ > θ iloraz jest iemalejącą fukcją argumetu T x. p θ x p θ x Tw. 3. Rodzia rozkładów o fukcji prawdopodobieństwa p θ x = x θ x θ x, θ 0; jest rodzią o mootoiczym ilorazie wiarygodości. Tw. 33. Jedoparametrowa rodzia wykładicza p θ x = e cθtx bθ hx jest rodzią o mootoiczym ilorazie wiarygodości. Tw. 34. Rodzia rozkładów jedostajych U0; θ, θ > 0 jest rodzią o mootoiczym ilorazie wiarygodości. Tw. 35 Test JNM dla mootoiczego ilorazu wiarygodości. Niech H 0 : θ θ 0, H : θ > θ 0, a {p θ : θ Θ} jest rodzią rozkładów z mootoiczym ilorazem wiarygodości. Wówczas: a Dla weryfikacji H 0 przeciw H istieje test jedostajie ajmociejszy określoy jako: dla T x > k ϕx = c dla T x = k 0 dla T x < k gdzie stałe c, k są wyzaczoe z waruku E θ0 ϕx = α. b Fukcja βθ = E θ ϕx = θ T x > k jest ściśle rosąca w zbiorze w którym βθ <. c Dla każdego θ test zdefiioway w a jest jedostajie ajmociejszy dla H 0 : θ θ przeciw H : θ > θ a poziomie istotości α = βθ. d Dla dowolego θ < θ 0 test z a miimalizuje prawdopodobieństwo błędu I rodzaju βθ wśród wszystkich testów spełiających E θ0 X = α. Lem. 36 Wiosek. Jeżeli { θ : θ Θ} jest rodzią wykładiczą o gęstościach p θ x = e cθt x bθ hx i jeżeli cθ jest fukcją ściśle rosącą, to test JNM ϕx ma postać jak w pukcie a powyższego twierdzeia. Jeśli cθ jest fukcją ściśle malejącą to w defiicji testu ϕ zaki ierówości zmieiają się a przeciwe. 3. Testy ilorazowe Def. 58. Wiarogodością hipotezy H i i = 0; gdy zaobserwowao x azywamy liczbę Def. 59 Iloraz wiarogodości. x = LH x LH 0 x L Hi x = sup Lx; θ θ Θi Def. 60 Obszar krytyczy. W = {x: x > k} gdzie k jest takie, aby sup θ Θ0 θ x > k = α. Jeśli z powodu dyskretości rozkładu ie zachodzi powyższa rówość, wtedy ustala się k tak, aby θ x > k α < θ x > k Tw. 37 Rozkład ilorazu wiarogodości w dużych próbach. rzy astępujących założeiach: - X = X,..., X - próba losowa - Θ R s - Hipoteza H 0 oraz zbiór Θ 0 określoe przez układ liiowo iezależych waruków postaci h j θ = 0, j =,..., r - θ θ θ θ - LX, θ = p θ X dwukrotie różiczkowala w sposób ciągły względem θ - sup θ Θ0 LX, θ = LX, θ oraz spełioych warukach regularości z ierówości Rao-Cramera, dla zmieej losowej l X zachodzi: l X d χ r gdzie X = LX,ˆθNW LX, θ, a r jest liczbą rówań określających hipotezę H 0. Obszar krytyczy testu ma wówczas postać {x: l X > k}, gdzie k jest kwatylem rzędu α rozkładu χ r. 9