統計検定 1級 過去問 解答/解答例と解説
2015年11月29日 (日) 試験

統計数理 問1 [5]

設問の要約
  • c : 正の定数

  • 分散 σ2 の推定量 cS2 の平均二乗誤差 MSE[cS2] を求めよ.

    MSE[cS2]=E[(cS2σ2)2]

  • MSE[cS2] を最小にする cMSE の最小値を求めよ.

解答例

MSE[cS2]=E[(cS2σ2)2]=E[(cS2)22cS2σ2+σ4]=E[(cS2)2]E[2cS2σ2]+E[σ4]=E[(cS2)2]2cσ2E[S2]+E[σ4]=E[(cS2)2]2cσ4+σ4=V[cS2]+(E[cS2])22cσ4+σ4=c2V[S2]+(cE[S2])22cσ4+σ4=c22σ4n1+(cσ2)22cσ4+σ4={2c2n1+c22c+1}σ4={2c2n1+(c1)2}σ4
c で微分して 0 とおくと,
ddcMSE[cS2]=ddc{2c2n1+(c1)2}σ4={4cn1+2(c1)}σ4=(n1){4c+2(n1)(c1)}σ4=(n1){4c+2cn2n2c+2}σ4=(n1){2(n+1)c2(n1)}σ4=2(n1){(n+1)c(n1)}σ4=0
よって,MSE を最小にする c の値を c^ と書くとすると,
c^=n1n+1
このときの MSE の最小値は,
MSE[c^S2]={2c^2n1+(c^1)2}σ4={2n1(n1n+1)2+(n1n+11)2}σ4={2(n1)(n+1)2+(n1n+11)2}σ4={2(n1)(n+1)2+4(n+1)2}σ4=2σ4(n+1)2{(n1)+2}=2σ4n+1