第5講 回帰分析

ガウス・マルコフの定理

E[ϵi]=0
Var[ϵi]=σ2<
E[ϵiϵj]=0    (ij)
のとき,最小二乗推定量 β^ は,最良線形不偏推定量 (BLUE)となる.

補足1: 単回帰分析の場合

β^1 を任意の線形推定量とし,

β^1=i=1nciyi
と書く.
β^1=i=1nci(β0+β1xi+ϵi)=β0i=1nci+β1i=1ncixi+i=1nciϵi
E[β^1]=E[β0i=1nci]+E[β1i=1ncixi]+E[i=1nciϵi]=β0E[i=1nci]+β1E[i=1ncixi]+E[i=1nciϵi]=β0E[i=1nci]+β1E[i=1ncixi]+i=1nciE[ϵi]=β0E[i=1nci]+β1E[i=1ncixi]
すべての β0, β1 に対し,E[β^1]=β1 であるためには,
i=1nci=0
i=1ncixi=1
でなければならない.ここで,
i=1n{cixix¯Sxx}2=i=1n{ci22cixix¯Sxx+(xix¯)2Sxx2}=i=1nci22i=1ncixix¯Sxx+i=1n(xix¯)2Sxx2=i=1nci22i=1ncixiSxx+2i=1ncix¯Sxx+i=1n(xix¯)2Sxx2=i=1nci221Sxxi=1ncixi+2x¯Sxxi=1nci+1Sxx2i=1n(xix¯)2=i=1nci22Sxx+0+1Sxx2Sxx=i=1nci21Sxx
i=1nci2=i=1n{cixix¯Sxx}2+1Sxx
であることを利用すると,
V[β^1]=V[i=1nciyi]=i=1nci2V[yi]=i=1nci2σ2=σ2i=1nci2=σ2{i=1n{cixix¯Sxx}2+1Sxx}=σ2i=1n{cixix¯Sxx}2+σ2Sxx
よって,すべての i について,
ci=xix¯Sxx
のとき,V[β^1] は最小となる.したがって,
V[β^1]σ2Sxx=V[β^1]
よって,V[β^1] は最良線形不偏推定量である.