第4講 統計的検定

尤度比検定による t 検定の導出

Xi∼N(μ,σ2), i.i.d.    (i=1,…,n)
H0 : μ=μ0
H1 : μ≠μ0
とする.同時密度関数は,
f(x;μ,σ2)=∏i=1nf(xi;μ,σ2)=(12πσ2)nexp⁡[−∑i=1n(xi−μ)22σ2]
尤度比検定の棄却域は,
maxμ,σ2f(x;μ,σ2)maxσ2f(x;μ0,σ2)≥c
H1 の下で,分子 maxμ,σ2f(x;μ,σ2) を最大にする μ と σ2 は,
μ^=x¯=∑i=1nxi
σ^2=1n∑i=1n(xi−x¯)2
よって,
maxμ,σ2f(x;μ,σ2)=f(x;μ^,σ^2)=(12πσ^2)nexp⁡[−n2]
一方,H0 の下で,分母 maxσ2f(x;μ0,σ2) を最大にする σ2 は,
σ~2=1n∑i=1n(xi−μ0)2
よって,
maxσ2f(x;μ0,σ2)=f(x;μ0,σ~2)=(12πσ~2)nexp⁡[−n2]
よって,棄却域は,
(12πσ^2)nexp⁡[−n2](12πσ~2)nexp⁡[−n2]≥c
⟺ (1σ^2)n(1σ~2)n≥c
⟺ (σ~2σ^2)n2≥c
⟺ (∑i=1n(xi−μ0)2∑i=1n(xi−x¯)2)n2≥c
これを
∑(xi−μ0)2=∑i=1n(xi−x¯)2+n(x¯−μ0)2
を用いて変形すると,
(∑i=1n(xi−x¯)2+n(x¯−μ0)2∑i=1n(xi−x¯)2)n2≥c
⟺ (1+n(x¯−μ0)2∑i=1n(xi−x¯)2)n2≥c
ここで,
t=x¯−μ0∑i=1n(xi−x¯)2n∼t(n−1)
とおくと,
(1+t2)n2≥c
左辺は t に関して単調増加であることから,棄却域は次式で与えられることになる.
|t|≥c′

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