知识点

正态总体方差比的置信区间

定义与构造

以下区间以 1−α1-\alpha 为置信水平,分位点采用上侧分位点约定。

设 X1,…,Xn1X_1,\ldots,X_{n_1} 与 Y1,…,Yn2Y_1,\ldots,Y_{n_2} 分别来自 N(μ1,σ12)N(\mu_1,\sigma_1^2) 与 N(μ2,σ22)N(\mu_2,\sigma_2^2),两个样本相互独立,n1,n2≥2n_1,n_2\ge2,样本均值与样本方差记为

Xˉ, Yˉ, S12, S22,\bar X,\ \bar Y,\ S_1^2,\ S_2^2,

其中 Si2S_i^2 的分母是 ni−1n_i-1。下面把区间写成“中心 ±\pm 半宽”,±\pm 表示闭区间的两个端点。

由 S12/σ12S22/σ22∼F(n1−1,n2−1)\dfrac{S_1^2/\sigma_1^2}{S_2^2/\sigma_2^2}\sim F(n_1-1,n_2-1) 得

σ12σ22∈[S12/S22Fα/2(n1−1,n2−1), S12/S22F1−α/2(n1−1,n2−1)].\frac{\sigma_1^2}{\sigma_2^2}\in\left[\frac{S_1^2/S_2^2}{F_{\alpha/2}(n_1-1,n_2-1)},\ \frac{S_1^2/S_2^2}{F_{1-\alpha/2}(n_1-1,n_2-1)}\right].

这个区间不要求两个总体方差相等,只要求样本独立且都来自正态总体。FF 分布不对称,两个分位点不能交换;F1−α/2F_{1-\alpha/2} 可用 1Fα/2(n2−1,n1−1)\dfrac{1}{F_{\alpha/2}(n_2-1,n_1-1)} 换算,但两个自由度要同时交换位置。

探索

方差比区间如何使用F分位点?

对数刻度上的方差比区间,圆点是样本方差比,虚线表示一。

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题集

练习

  1. 两个独立正态样本的容量都是 1010,σ12/σ22\sigma_1^2/\sigma_2^2 的置信区间使用 FF 分布。两个自由度为

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    参考解答

    方差比的枢轴量为 S12/σ12S22/σ22∼F(n1−1,n2−1)\dfrac{S_1^2/\sigma_1^2}{S_2^2/\sigma_2^2}\sim F(n_1-1,n_2-1),两个自由度都是 10−1=910-1=9。