第2講 確率分布

標本分散

標本 X1, X2, ,Xn は同分布で,E[Xi]=μ, V[Xi]=σ2 とする.

このとき,標本分散は

S2=1n{(X1X¯)2+(X2X¯)2++(XnX¯)2}
ただし,
X¯=X1+X2++Xnn
また,
E[S2]=E[1ni=1n(XiX¯)2]=E[1ni=1n{Xi22X¯Xi+(X¯)2}]=E[1ni=1nXi22X¯1ni=1nXi+(X¯)21ni=1n1]=E[1ni=1nXi22X¯X¯+(X¯)2]=E[1ni=1nXi2(X¯)2]=1ni=1nE[Xi2]E[(X¯)2]=1ni=1n(V[Xi2]+E[Xi]2)(V[X¯]+E[X¯]2)=1ni=1n(σ2+μ2)(σ2n+μ2)=1nn(σ2+μ2)(σ2n+μ2)=n1nσ2
V[S2]=(n1)2n3{μ4n3n1σ4}    (μ4=E[(XE[X¯])4])
ここで,
U2=1n1{(X1X¯)2+(X2X¯)2++(XnX¯)2}
と定義すると,
E[U2]=σ2
となり,これを不偏分散という.