第4講 統計的検定

尤度比検定による F 検定の導出

Xij∼i.i.d.N(μi,σ2)    (i=1,…,a, j=1,…,n)
H0 : μ1=μ2=⋯=μa=μ
H1 : H0の否定
尤度比検定の棄却域は,
maxμ1,…,μa,σ2f(x;μ1,…,μa,σ2)maxμ,σ2f(x;μ,σ2)≥c
同時密度関数は,
f(x;μ1,…,μa,,σ2)=∏i=1a∏j=1nf(xij;μi,σ2)=(12πσ2)anexp⁡[−∑i=1a∑j=1n(xij−μi)22σ2]=(12πσ2)anexp⁡[−12σ2(n∑i=1a(x¯i−μi)2+∑i=1a∑j=1n(xij−x¯i)2)]
H1 の下で,maxμ1,…,μa,σ2f(x;μ1,…,μa,σ2) を最大にする μi と σ2 は,
μ^i=x¯i=1n∑j=1nxij
σ^2=1an∑i=1a∑j=1n(xij−x¯i)2
よって,
maxμ1,…,μa,σ2f(x;μ1,…,μa,σ2)=f(x;μ^1,…,μa^,σ^2)=(12πσ^2)anexp⁡[−an2]
一方,H0 の下で,maxμ,σ2f(x;μ,σ2) を最大にする μ と σ2 は,
μ~=x¯=1an∑j=1n∑j=1nxij
σ~2=1an∑i=1a∑j=1n(xij−x¯)2
よって,
maxσ2f(x;μ,σ2)=f(x;μ~,σ~2)=(12πσ~2)anexp⁡[−an2]
よって,棄却域は,
(∑i=1a∑j=1n(xij−x¯)2∑i=1a∑j=1n(xij−x¯i)2)an2≥c
ここで,
∑i=1a∑j=1n(xij−x¯)2=∑i=1a∑j=1n(xij−x¯i)2+n∑i=1a(x¯i−x¯)2
を用いれば,
(1+n∑i=1a(x¯i−x¯)2∑i=1a∑j=1n(xij−x¯i)2)an2≥c
ここで,
F=n∑i=1a(x¯i−x¯)2a−1∑i=1a∑j=1n(xij−x¯i)2a(n−1)∼F(a−1, a(n−1))
とおくと,
(1+a(n−1)a−1F)an2≥c
左辺は F 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.
F≥c′

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