概率论与数理统计(理工类,第四版)吴赣昌主编课后习题答案第六章.doc
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1、第六章 参数估计6.1 点估计问题概述习题1总体X在区间0,上均匀分布,X1,X2,Xn是它的样本,则下列估计量是的一致估计是().(A)=Xn; (B)=2Xn;(C)=X=1ni=1nXi; (D)=MaxX1,X2,Xn.解答:应选(D).由一致估计的定义,对任意0,P(MaxX1,X2,Xn-)=P(-+MaxX1,X2,Xn+)=F(+)-F(-+).因为FX(x)=0,x,及F(x)=FMaxX1,X2,Xn(x)=FX1(x)FX2(x)FXn(x),所以F(+)=1,F(-+)=P(MaxX1,X2,Xn-+)=(1-x)n,故P(MaxX1,X2,Xn-0,试证2=()2不是
2、2的无偏估计.解答:因为D()=E(2)-E()2,所以E(2)=D()+E()2=2+D()2,故()2不是2的无偏估计.习题5设X1,X2,Xn是来自参数为的泊松分布的简单随机样本,试求2的无偏估计量.解答:因X服从参数为的泊松分布,故D(X)=,E(X2)=D(X)+E(X)2=+2=E(X)+2,于是E(X2)-E(X)=2,即E(X2-X)=2.用样本矩A2=1ni=1nXi2,A1=X代替相应的总体矩E(X2),E(X),便得2的无偏估计量2=A2-A1=1ni=1nXi2-X.习题6设X1,X2,Xn为来自参数为n,p的二项分布总体,试求p2的无偏估计量.解答:因总体Xb(n,p
3、),故E(X)=np, E(X2)=D(X)+E(X)2=np(1-p)+n2p2=np+n(n-1)p2=E(X)+n(n-1)p2,E(X2)-E(X)n(-1)=E1n(n-1)(X2-X)=p2,于是,用样本矩A2,A1分别代替相应的总体矩E(X2),E(X),便得p2的无偏估计量p2=A2-A1n(n-1)=1n2(n-1)i=1n(Xi2-Xi).习题7设总体X服从均值为的指数分布,其概率密度为f(x;)=1e-x,x00,x0,其中参数0未知. 又设X1,X2,Xn是来自该总体的样本,试证:X和n(min(X1,X2,Xn)都是的无偏估计量,并比较哪个更有效.解答:因为E(X)=
4、,而E(X)=E(X),所以E(X)=,X是的无偏估计量.设Z=min(X1,X2,Xn),因为FX(x)=0,x01-e-x,x0,FZ(x)=1-1-FX(x)n=1-e-nx,x00,x0,所以fZ(x)=ne-nx,x00,x0,这是参数为n的指数分布,故知E(Z)=n,而E(nZ)=En(min(X1,X2,Xn)=,所以nZ也是的无偏估计.现比较它们的方差大小.由于D(X)=2,故D(X)=2n.又由于D(Z)=(n)2,故有D(nZ)=n2D(Z)=n22n2=2.当n1时,D(nZ)D(X),故X较nZ有效.习题8设总体X服从正态分布N(m,1),X1,X2是总体X的子样,试验
5、证m1=23X1+13X2,m2=14X1+34X2,m3=12X1+12X2,都是m的无偏估计量;并问哪一个估计量的方差最小?解答:因为X服从N(m,1),有E(Xi)=m,D(Xi)=1(i=1,2),得E(m1)=E(23X1+13X2)=23E(X1)+13E(X2)=23m+13m=m,D(m1)=D(23X1+13X2)=49D(X1)+19D(X2)=49+19=59,同理可得:E(m2)=m,D(m2)=58,E(m3)=m,D(m3)=12.所以,m1,m2,m3都是m的无偏估计量,并且在m1,m2,m3中,以m3的方差为最小.习题9设有k台仪器. 已知用第i台仪器测量时,测
6、定值总体的标准差为i(i=1,2,k),用这些仪器独立地对某一物理量各观察一次,分别得到X1,X2,Xk.设仪器都没有系统误差,即E(Xi)=(i=1,2,k),问a1,a2,ak应取何值,方能使用=i=1kaiXi估计时,是无偏的,并且D()最小?解答:因为E(Xi)=(i=1,2,k),故E()=E(i=1kaiXi)=i=1kaiE(Xi)=i=1kai,欲使E()=,则要i=1kai=1.因此,当i=1kai=1时,=i=1kaiXi为的无偏估计,D()=i=1kai2i2,要在i=1kai=1的条件下D()最小,采用拉格朗日乘数法.令L(a1,a2,ak)=D()+(1-i=1kai
7、)=i=1kai2i2+(1-i=1kai),Lai=0,i=1,2,ki=1kai=1,即2aii2-=0,ai=2i2;又因i=1kai=1,所以i=1k12i2=1,记i=1k1i2=102,所以=202,于是ai=02i2(i=1,2,k),故当ai=02i2(i=1,2,k)时,=i=1kaiXi是的无偏估计,且方差最小.习题6.2 点估计的常用方法习题1设X1,X2,Xn为总体的一个样本,x1,x2,xn为一相应的样本值,求下述各总体的密度函数或分布律中的未知参数的矩估计量和估计值及最大似然估计量(1)f(x)=cx-(+1),xc0,其它,其中c0为已知,1,为未知参数.(2)f
8、(x)=x-1,0x10,其它,其中0,为未知参数.(3)PX=x=(mx)px(1-p)m-x,其中x=0,1,2,m,0pc,对数似然函数为lnL()=nln+nlnc-(+1)i=1nlnxi,对lnL()求导,并令其为零,得dlnL()d=n+nlnc-i=1nlnxi=0,解方程得=ni=1nlnxi-nlnc,故参数的最大似然估计量为=ni=1nlnXi-nlnc(2)E(X)=01xx-1dx=+1,以X作为E(X)的矩估计,则的矩估计由X=+1解出,得=(X1-X)2,的矩估计值为=(x1-x)2,其中x=1ni=1nxi为样本均值的观测值另外,似然函数为L()=i=1nf(x
9、i;)=n/2(i=1nxi)-1,0xi1,对数似然函数为lnL()=n2ln+(-1)i=1nlnxi,对lnL()求导,并令其为零,得dlnL()d=n2+12i=1nlnxi=0,解方程得=(-ni=1nlnxi)2,故参数的最大似然估计量为=(ni=1nlnXi)2(3)Xb(m,p),E(X)=mp,以X作为E(X)的矩估计,即X=E(X),则参数p的矩估计为p=1mX=1m1ni=1nXi,p的矩估计值为p=1mx=1m1ni=1nxi另外,似然函数为L()=i=1nf(xi;)=(i=1nCmxi)pi=1nxi(1-p)i=1n(m-xi),xi=0,1,m,对数似然函数为l
10、nL()=i=1nlnCmxi+(i=1nxi)lnp+(i=1n(m-xi)ln(1-p),对lnL()求导,并令其为零,得dlnL()d=1pi=1nxi-11-pi=1n(m-xi)=0,解方程得p=1mni=1nxi,故参数的最大似然估计量为p=1mni=1nXi=1mX习题2设总体X服从均匀分布U0,它的密度函数为f(x;)=1,0x0,其它,(1)求未知参数的矩估计量;(2)当样本观察值为0.3,0.8,0.27,0.35,0.62,0.55时,求的矩估计值.解答:(1)因为E(X)=-+xf(x;)dx=10xdx=2,令E(X)=1ni=1nXi,即2=X,所以=2X.(2)由
11、所给样本的观察值算得x=16i=16xi=16(0.3+0.8+0.27+0.35+0.62+0.55)=0.4817,所以=2x=0.9634.习题3设总体X以等概率1取值1,2,求未知参数的矩估计量.解答:由E(X)=11+21+1=1+2=1ni=1nXi=X,得的矩估计为=2X-1.习题4一批产品中含有废品,从中随机地抽取60件,发现废品4件,试用矩估计法估计这批产品的废品率.解答:设p为抽得废品的概率,1-p为抽得正品的概率(放回抽取).为了估计p,引入随机变量Xi=1,第i次抽取到的是废品0,第i次抽取到的是正品,于是PXi=1=p,PXi=0=1-p=q,其中i=1,2,60,且
12、E(Xi)=p,故对于样本X1,X2,X60的一个观测值x1,x2,x60,由矩估计法得p的估计值为p=160i=160xi=460=115,即这批产品的废品率为115.习题5设总体X具有分布律X 1 2 3pi22(1-)(1-)2其中(01)为未知参数. 已知取得了样本值x1=1,x2=2,x3=1,试求的矩估计值和最大似然估计值.解答:E(X)=12+22(1-)+3(1-)2=3-2,x=1/3(1+2+1)=4/3.因为E(X)=X,所以=(3-x)/2=5/6为矩估计值,L()=i=13PXi=xi=PX1=1PX2=2PX3=1=42(1-)=25(1-),lnL()=ln2+5
13、ln+ln(1-),对求导,并令导数为零dlnLd=5-11-=0,得L=56.习题6(1)设X1,X2,Xn来自总体X的一个样本, 且X(),求PX=0的最大似然估计.(2)某铁路局证实一个扳道员五年内所引起的严重事故的次数服从泊松分布,求一个扳道员在五年内未引起严重事故的概率p的最大似然估计,使用下面122个观察值统计情况. 下表中,r表示一扳道员某五年中引起严重事故的次数,s表示观察到的扳道员人数.r012345sr444221942解答:(1)已知,的最大似然估计为L=X.因此PX=0=e-L=e-X.(2)设X为一个扳道员在五年内引起的严重事故的次数,X服从参数为的泊松分布,样本容量
14、n=122.算得样本均值为x=1122r=05rr=1122(044+142+221+39+44+52)1.123,因此PX=0=e-x=e-1.1230.3253.习题6.3 置信区间习题1对参数的一种区间估计及一组观察值(x1,x2,xn)来说,下列结论中正确的是().(A)置信度越大,对参数取值范围估计越准确;(B)置信度越大,置信区间越长;(C)置信度越大,置信区间越短;(D)置信度大小与置信区间有长度无关.解答:应选(B).置信度越大,置信区间包含真值的概率就越大,置信区间的长度就越大,对未知参数的估计精度越低.反之,对参数的估计精度越高,置信区间的长度越小,它包含真值的概率就越低,
15、置信度就越小.习题2设(1,2)是参数的置信度为1-的区间估计,则以下结论正确的是().(A)参数落在区间(1,2)之内的概率为1-;(B)参数落在区间(1,2)之外的概率为;(C)区间(1,2)包含参数的概率为1-;(D)对不同的样本观察值,区间(1,2)的长度相同.解答:应先(C).由于1,2都是统计量,即(1,2)是随机区间,而是一个客观存在的未知常数,故(A),(B)不正确.习题3设总体的期望和方差2均存在,如何求的置信度为1-的置信区间?解答:先从总体中抽取一容量为n的样本X1,X2,Xn.根据中心极限定理,知U=X-/nN(0,1)(n).(1)当2已知时,则近似得到的置信度为1-
16、的置信区间为(X-u/2n,X+u/2n).(2)当2未知时,用2的无偏估计S2代替2,这里仍有X-S/nN(0,1)(n),于是得到的1-的置信区间为(X-u/2Sn,X+u/2Sn),一般要求n30才能使用上述公式,称为大样本区间估计.习题4某总体的标准差=3cm,从中抽取40个个体,其样本平均数x=642cm,试给出总体期望值的95%的置信上、下限(即置信区间的上、下限).解答:因为n=40属于大样本情形,所以X近似服从N(,2n)的正态分布,于是的95%的置信区间近似为(Xnu/2),这里x=642,=3,n=406.32,u/2=1.96,从而(xnu/2)=(6423401.96)
17、(6420.93),故的95%的置信上限为642.93,下限为641.07.习题5某商店为了了解居民对某种商品的需要,调查了100家住户,得出每户每月平均需求量为10kg,方差为9,如果这个商店供应10000户,试就居民对该种商品的平均需求量进行区间估计(=0.01),并依此考虑最少要准备多少这种商品才能以0.99的概率满足需求?解答:因为n=100属于大样本问题,所以X近似服从N(,2/n),于是的99%的置信区间近似为(XSnu/2),而x=10,s=3,n=100,u/2=2.58,所以(xsnu/2)=(1031002.58)=(100.774)=(9.226,10.774).由此可知
18、最少要准备10.77410000=107740(kg)这种商品,才能以0.99的概率满足需求.习题6观测了100棵“豫农一号”玉米穗位,经整理后得下表(组限不包括上限):分组编号12345组限组中值频数708080909010010011011012075859510511539131626分组编号6789组限组中值频数12013013014014015015016012513514515520742试以95%的置信度,求出该品种玉米平均穗位的置信区间.解答:因为n=100属于大样本情形,所以的置信度为95%的置信区间上、下限近似为Xsnu/2,这里n=100,u/2=1.96,还需计算出x和
19、s.取a=115,c=10,令zi=(xi-a)/c=(xi-115)/10,用简单算公式,(1)x=a+cz;(2)sx2=c2sz2.编号123456789组中值xizi=xi-11510组频率mimizizi2mizi2758595105115125135145155-4-3-2-1012343913162620742-12-27-26-160201412816941014916123456789z=1100i=19mizi=1100(-27)=-0.27,x=10(-27)+115=112.3,sz2=199i=19mizi2=1993133.161616,sx2=1023.16161
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