常用的统计量的分布

三、常用的 统计量的分布

1.X2分布(卡方分布)

图示

证明略(采用数学归纳法).

χ2分布的密度图形如图7-4所示.它随n取不同的数值而不同.

图示

图7-4 χ2(n)分布密度函数

χ2分布具有下列性质:

图示

这个性质称为χ2变量的可加性.

证明略(采用数学归纳法).

定理7 设χ2~χ2(n),则对任意x有

图示

2.t分布

定理8 设随机变量X服从标准正态分布N(0,1),随机变量Y服从自由度为n的χ2分布,且X与Y相互独立,则

图示

这种分布称为自由度为n的t分布,简记为t(n),它亦称学生(St udent)分布,随机变量T简称T变量.

现在计算n→+∞时,t分布密度的极限.(https://www.daowen.com)

图示

其中最后一个等号由Γ函数性质获得.计算结果表明,当n→+∞时t分布密度趋于标准正态分布密度.

t分布的密度函数的图像是一个关于纵轴对称的分布,与标准正态分布的密度函数形状类似,只是峰比标准正态分布低一些,尾部的概率比标准正态分布的大一些.

注:(1)自由度为1的t分布就是标准柯西分布,它的均值不存在;

(2)n>1时,t分布的数学期望存在,且为0;

(4)当自由度较大(如n≥30)时,t分布可以用N(0,1)分布近似.

由此,哥塞特怀疑是否有另一个分布族存在,通过深入研究,哥塞特于1908年以“Student”的笔名发表了此项研究成果,故后人也称t分布为学生氏分布,t分布的发现在统计学史上具有划时代的意义,打破了正态分布一统天下的局面,开创了小样本统计推断的新纪元.

当随机变量T~t(n)时,称满足{T≤t1-α(n)}=1-α的t1-α(n)是自由度为n的t分布的1-α分位数,分位数t1-α(n)可以从数学用表中查到.

由于t分布的密度函数关于0对称,故其分位数间有如下关系:

图示

3.F分布

定理9 设X和Y分别服从自由度为m,n的χ2分布,且X与Y相互独立,则

图示

这种分布称为第一自由度为m,第二自由度为n的F分布,或自由度为(m,n)的F分布,记为F(m,n).随机变量F简称F变量.

当随机变量F~F(m,n)时,对给定α(0<α<1),称满足(F≤F1-α(m,n))=1-α的F1-α(m,n)是自由度为m与n的F分布的1-α分位数.

定理10 设X1,…,Xn是来自正态总体N(μ,σ2)的样本,其样本均值和样本方差分别为

图示
图示

证明略.

推论

图示