統計検定 1級 過去問 解答/解答例と解説
2014年11月30日 (日) 試験

統計応用 問4 [2]

設問の要約
  • 確率過程 {yt} は,2 次の自己回帰モデルに従うとする.

    yt=34yt118yt2+ϵt

  • {yt:t=,1,0,1,}j 次の自己相関係数 ρ(j) を求めよ.

  • この確率過程は定常であるか否か,その理由も答えよ.

解答例

yt=34yt118yt2+ϵt
両辺に ytj (j>0) をかけると,
ytytj=34yt1ytj18yt2ytj+ϵtytj
期待値をとると,
E[ytytj]=34E[yt1ytj]18E[yt2ytj]+E[ϵtytj]Cov[yt, ytj]=34Cov[yt1, ytj]18Cov[yt2, ytj]+Cov[ϵt, ytj]=34Cov[yt1, ytj]18Cov[yt2, ytj]+Cov[ϵt, 34ytj118ytj2+ϵtj]=34Cov[yt1, ytj]18Cov[yt2, ytj]
ここで,
γhCov[yt, yt+h]
とすると,
γj=34γj118γj2    (j>0)
また,
γ0=V[yt]=Cov[yt, yt0]=Cov[yt, 34yt118yt2+ϵt]=Cov[yt, 34yt1]Cov[yt, 18yt2]+Cov[yt, ϵt]=34Cov[yt, yt1]18Cov[yt, yt2]+σ2=34γ118γ2+σ2
γ1=Cov[yt, yt+1]=Cov[yt, 34yt18yt1+ϵt+1]=Cov[yt, 34yt]Cov[yt, 18yt1]+Cov[yt, ϵt+1]=34Cov[yt, yt]18Cov[yt, yt1]+0=34γ018γ1
γ2=Cov[yt, yt+2]=Cov[yt, 34yt+118yt+ϵt+2]=Cov[yt, 34yt+1]Cov[yt, 18yt]+Cov[yt, ϵt+2]=34Cov[yt, yt+1]18Cov[yt, yt]+0=34γ118γ0
これらより,
γ1=23γ0
γ2=34(23γ0)18γ0=12γ018γ0=38γ0
γ0=34(23γ0)18(38γ0)+σ2=12γ0316γ0+σ2=516γ0+σ2
 γ0=1611σ2
 γ1=3233σ2
 γ2=611σ2
ここで,
γj=34γj118γj2
を解く.特性方程式
t234t+18=0
を解くと,
(t12)(t14)=0
t=12, 14
よって,
γj12γj1=14(γj112γj2)
γj14γj1=12(γj114γj2)
これらより,
γj12γj1=(γ112γ0)(14)j1
γj14γj1=(γ114γ0)(12)j1
両辺を引くと,
12γj1+14γj1=(γ112γ0)(14)j1(γ114γ0)(12)j1
14γj1=(γ114γ0)(12)j1(γ112γ0)(14)j1=(3233σ2141611σ2)(12)j1(3233σ2121611σ2)(14)j1={2033(12)j1833(14)j1}σ2
γ の添え字を直して,
γj={8033(12)j3233(14)j}σ2
j=0 のときも成り立つ。 よって,
ρ(j)=Cov[yt,yt+j]V[yt]V[yt+j]=γjγ0γ0=γjγ0={8033(12)j3233(14)j}σ21611σ2=53(12)j23(14)j
また,特性方程式の根の絶対値が 1 より小さいので,確率過程は定常である.