知识点

两个正态总体方差比检验

定义

设两组样本分别独立取自正态总体 N(μ1,σ12)N(\mu_1,\sigma_1^2)、N(μ2,σ22)N(\mu_2,\sigma_2^2),样本量为 n1,n2n_1,n_2,样本均值和方差分别记为 Xˉ,Yˉ,S12,S22\bar X,\bar Y,S_1^2,S_2^2。检验以第一组减第二组或第一组除第二组的顺序书写。

性质

检验 H0:σ12/σ22=r0H_0:\sigma_1^2/\sigma_2^2=r_0,使用

F=S12/S22r0∼F(n1−1,n2−1).F=\frac{S_1^2/S_2^2}{r_0}\sim F(n_1-1,n_2-1).

检验方差相等时 r0=1r_0=1,统计量就是两个样本方差之比。记 ν1=n1−1\nu_1=n_1-1、ν2=n2−1\nu_2=n_2-1,拒绝域为

  • 双侧 σ12/σ22≠r0\sigma_1^2/\sigma_2^2\ne r_0:F<F1−α/2(ν1,ν2)F<F_{1-\alpha/2}(\nu_1,\nu_2) 或 F>Fα/2(ν1,ν2)F>F_{\alpha/2}(\nu_1,\nu_2);
  • 右侧 σ12/σ22>r0\sigma_1^2/\sigma_2^2>r_0:F>Fα(ν1,ν2)F>F_{\alpha}(\nu_1,\nu_2);
  • 左侧 σ12/σ22<r0\sigma_1^2/\sigma_2^2<r_0:F<F1−α(ν1,ν2)F<F_{1-\alpha}(\nu_1,\nu_2)。

FF 分布不对称,双侧检验必须分别取左右两个临界值,不能写成“绝对值超过某个临界值”。若手头的表只给上侧分位点,用

F1−α(ν1,ν2)=1Fα(ν2,ν1)F_{1-\alpha}(\nu_1,\nu_2)=\frac{1}{F_{\alpha}(\nu_2,\nu_1)}

换算,两个自由度要同时交换位置。

例子

方差比的 FF 检验

两个独立正态样本,n1=n2=10n_1=n_2=10,s12=9s_1^2=9,s22=2s_2^2=2。检验 H0:σ12=σ22H_0:\sigma_1^2=\sigma_2^2 对 H1:σ12≠σ22H_1:\sigma_1^2\ne\sigma_2^2,取 α=0.05\alpha=0.05。

F=s12s22=92=4.5,F∼F(9,9).F=\frac{s_1^2}{s_2^2}=\frac{9}{2}=4.5, \qquad F\sim F(9,9).

上侧临界值 F0.025(9,9)≈4.03F_{0.025}(9,9)\approx4.03,下侧临界值 F0.975(9,9)=1/F0.025(9,9)≈0.248F_{0.975}(9,9)=1/F_{0.025}(9,9)\approx0.248。4.54.5 超过上侧临界值,拒绝 H0H_0,认为两个总体方差不等。

若把两个样本对调,统计量变成 F′=2/9≈0.222F'=2/9\approx0.222,它小于 0.2480.248,在同一套双侧设定下同样拒绝 H0H_0。这说明交换分子分母后结论不变,但自由度顺序和比较的比值都要一起改。

探索

两组方差的顺序如何影响F统计量?

调整两组样本方差,查看比值。

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