Chapter 4

4.59

Let denote the order statistics of a random sample of size 5 from a distribution having p.d.f. , , zero elsewhere. Show that and are independent.

Hint: First find the joint p.d.f. of and .

Answer

Diketahui untuk , merupakan distribusi exponential dengan parameter .

cdf dari distribusi eksponensial adalah:

Berdasarkan teorema marginal pdf of order statistics, joint marginal pdf dari dan dengan adalah:

Untuk dan dengan , , :

Misalkan dan . Dapat diperoleh

Karena joint pdf dapat diekspresikan sebagai , maka dan adalah independen.

Terbukti bahwa dan adalah independen.

Chapter 5

5.7

Let : Sequence of random variable, with (check here)

Prove that converges in probability to

Answer

Karena , berarti dan . Misalkan . Maka,

Misalkan . Berdasarkan teorema Chebyshev,

Sehingga diperoleh

Berdasarkan definisi konvergen dalam probabilitas, terbukti bahwa

5.8

Let denote the variance of a random sample of size from a distribution that is . Prove that converges in probability to .

Answer

Diketahui adalah varians sampel dari distribusi dengan .

Misalkan . Maka,

Berdasarkan teorema Chebyshev, untuk setiap berlaku

Karena , maka:

Berdasarkan definisi konvergen dalam probabilitas, terbukti bahwa .

Terbukti bahwa konvergen dalam probabilitas ke .

5.10

Let : -th Order statistic from random sample of size , with

Prove that converges in probability to

Answer

Dari Example 1 Section 5.1

converges in distribution to a random variable that has a degenerate distribution at the point .

Artinya, . Berdasarkan teorema 5.2.2, diperoleh . Misalkan . Berdasarkan teorema 5.1.4, diperoleh , sehingga terbukti bahwa konvergen dalam probabilitas ke

5.11

Let have a gamma distribution with parameter and , where is not a function of . Let . Find the limiting distribution of .

Answer

Diketahui , memiliki mgf , untuk .

Misalkan . mgf dari adalah:

Karena , maka

Misalkan adalah variabel acak dengan mgf . adalah mgf dari distribusi degenerate di , yaitu . Berdasarkan teorema teknik mgf, karena , maka .

Distribusi limit dari adalah distribusi degenerate di .

5.12

Let

  • : Sequence of random variables, with

Find the limiting distribution of

Answer

Diketahui mgf dari distribusi Chi-square adalah , untuk . Karena , mgf dari dapat diperoleh dengan

Karena , dengan memisalkan , , dan , dapat diperoleh

Misalkan variabel acak dengan mgf . Andaikan berdistribusi degenerate ke , yang berakibat . Karena , berdasarkan teorema 5.2.10, diperoleh . Terbukti bahwa limiting distribution dari adalah .

5.13

Let : Random variable, with

Approximate

Answer

5.15

Let

  • : Sequence of random variable, with

Show that the limiting distribution of is normal with mean zero and variance .

Answer

Diketahui mgf dari distribusi adalah . Dapat diperoleh mgf dari :

Menggunakan Maclaurun series pada , perluaskan menjadi

Sehingga diperoleh

Misalkan variabel acak dengan berdistribusi . Artinya, . Berdasarkan teorema 5.2.10, karena , maka , sehingga . Terbukti bahwa limiting distribution dari adalah distribusi normal dengan mean dan variansi .

Chapter 6

6.23

Let denote the mean of a random sample of size 25 from a gamma-type distribution with and . Use the central limit theorem to find an approximate 0.954 confidence Interval for , the mean of the gamma distribution.

Hint: Base the confidence interval on the random variable

Answer Untuk distribusi gamma dengan parameter dan , diketahui:

Berdasarkan teorema limit pusat, untuk sampel berukuran :

Karena diketahui , untuk confidence interval 95.4%, dengan , dapat diperoleh:

Confidence interval 95.4% untuk adalah

6.26

It is known that a random variable has a Poisson distribution with parameter . A sample of 200 observations from this population has a mean equal to 3.4. Construct an approximate 90 percent confidence Interval for .

Answer

Untuk distribusi Poisson dengan parameter , diketahui:

Berdasarkan teorema limit pusat, untuk sampel berukuran besar :

Untuk confidence interval 90%, dengan sehingga , dapat diperoleh:

Dengan dan , kita perlu menyelesaikan:

Karena besar, dapat diaproksimasikan dengan

Sehingga:

Confidence interval 90% untuk adalah

6.27

Let denote the order statistics of a random sample of size from a distribution that has p.d.f. , zero elsewhere.

(a) Show that , where (b) If is 4 and if the observed value of , is 2.3, what is a 95 percent confidence interval for 8?

Answer

6.27.a

Diketahui cdf dari :

Berdasarkan CDF of order statistics, maksimum distribusinya adalah:

Maka:

Terbukti bahwa

6.27.b

Untuk dan confidence itnerval 95%, berarti:

Karena dan , dapat peroleh:

Confidence interval 95% untuk adalah

6.29

Let be a random sample from a gamma distribution with known parameter and unknown . Discuss the construction of a confidence interval for .

Hint: What is the distribution of ? Follow the procedure outlined in Exercise 6.28.

Answer

Dari Gamma Distribution Relationships, diketahui bahwa jika , maka:

Sehingga untuk :

Karena saling bebas, maka:

Untuk konstruksi confidence interval :

Confidence interval untuk adalah

6.35

Let and be the means of two independent random sample, each of size , from the respective distributions and , where the common variance is known. Find such that

Answer

Karena dan saling bebas, maka:

Sehingga

Perhatikan bahwa

Sehingga

Untuk confidence interval 90%, . Sehingga:

Nilai yang diperlukan adalah (dibulatkan ke atas)

Chapter 7

7.40

Let

  • : Random sample, with
    • distribution

Find MVUE of

Hint: First determine

Answer

Diketahui , dan adalah statistik tak bias untuk . Maka . Perhatikan bahwa

Sehingga dapat diperoleh

Misalkan . Maka, dapat diperoleh

Diketahui adalah statistik cukup yang komplit. Ingat bahwa adalah fungsi dari , sehingga berdasarkan teorema Lehmann-Scheffé, adalah MVUE untuk .

MVUE dari adalah

7.41

Let : Random sample, with distribution .

Then is a complete sufficient statistic for .

Find MVUE of

Answer

Karena , dapat diperoleh

Jadi,

Perhatikan bahwa

Karena adalah fungsi dari statistik cukup yang komplit , berdasarkan teorema Lehmann-Scheffé, adalah MVUE untuk .

MVUE dari adalah

7.42

In the notation of Example 2 of this section, is there an UMVE of ? Here .

Answer

Untuk dapat diperoleh

Misalkan

Maka,

Berdasarkan teorema Rao-Blackwell dan Lehmann and Scheffe Theorem, adalah UMVUE.

Diberikan , memiliki distribusi kondisional, dimana:

  • (koefisien korelasi)
  • ,

Sehingga diperoleh . Akibatnya,

Jadi, UMVUE dari adalah

Chapter 8

8.15

Let have a Gamma distribution with and . a. Find the Fisher Information . b. If is a random sample from this distribution, show that the m.l.e. of is an efficient estimator of .

8.15.a

Diketahui pdf dari distribusi Gamma dengan dan adalah:

Fungsi log-likelihood untuk satu pengamatan adalah:

Turunan pertama :

Turunan kedua :

Sehingga diperoleh

8.15.b

Untuk sampel acak ukuran , log-likelihoodnya adalah:

Sehingga didapati

Perhatikan bahwa

Artinya, adalaha penaksir tak bias untuk

Ingat bahwa . Diketahui . Dapat diperoleh

Rao-Cramer Lower Bound untuk penaksir tak bias dari adalah:

Karena , maka berdasarkan Corollary 6.2.1 Rao-Cramér bound for unbiased estimators, adalah penaksir efisien untuk .

8.27

If is a random sample from a distribution with p.d.f. , , zero elsewhere, where , show that is an unbiased estimator of and determine its efficiency.

Jawab

Perhatikan bahwa

sehingga

sehingga terbukti bahwa Y adalah penaksir tak bias untuk

Selanjutnya, akan dicari efisiensi dari . Pertama, akan dicari variansi :

Informasi Fisher :

8.29

If is a random sample from , find a lower bound of the variance of an estimator of . Determine an unbiased minimum variance estimator of and then compute its efficiency.

Jawab

Untuk , diketahui . Batas bawah Cramer-Rao untuk adalah:

Diketahui adalah statistik cukup yang komplit untuk

Perhatikan bahwa

Sehingga, . Artinya, adalah penaksir tak bias untuk . Berdasarkan teorema Lehmann Scheffe, adalah MVUE untuk .

Selanjutnya, akan dicari variansi dari :

Misal , maka . Sehingga Dan variansinya adalah

Untuk , diketahui , , dan . Maka:

Efisiensi dari adalah perbandingan antara batas bawah cramer (CRLB) dan variansi :

Chapter 9

9.6

Let be a random sample from a distribution that is 1. Find a best test of the simple hypothesis against the alternative simple hypothesis .

Answer

Untuk , fungsi likelihood adalah:

Untuk , fungsi likelihood adalah:

Berdasarkan Neyman-Pearson Theorem, best critical region didefinisikan oleh:

Perhatikan bahwa:

Ingat bahwa adalah suatu konstanta positif. Misalkan . Dapat diperoleh:

Karena koefisien dari dan keduanya positif, critical region dapat ditulis sebagai:

untuk suatu konstanta positif dengan .

Best test untuk hipotesis yang diberikan adalah tolak jika .

9.10

Let denote a random sample of size from a Poisson distribution with mean . Show that the critical region defined by is a best critical region for testing against . Determine, for this test, the significance level and power at .

Jawab

Diketahui pmf dari distribusi Poisson adalah

Fungsi likelihood untuk sampel adalah:

Untuk :

Untuk :

Sehingga diperoleh

Berdasarkan Neyman-Pearson Theorem, best critical region didefinisikan oleh:

Karena adalah konstanta positif critical region berbentuk untuk suatu konstanta , artinya, adalah best critical region.

Di bawah , sehingga

Di bawah , . Misal ,sehingga

Critical region adalah best critical region dengan significane level dan power

9.21

Let be a random sample from a distribution with pdf , zero elsewhere, where . Find a sufficient statistic for and show that a uniformly most powerful test of against is based on this statistic.

Jawab

Fungsi likelihood untuk sampel adalah:

Log-likelihood:

Note

Untuk mencari UMPT, perlu dicari UMP Critical Region, perlu dicari Best Critical Region menggunakan Neyman-Pearson Theorem. Selain itu, dari Hogg&Craig ed8,

Perhatikan bahwa berdasarkan Neyman Theorem, adalah statistik cukup untuk dengan:

Misalkan . Rasio likelihood adalah:

Rasio log:

Lalu:

  1. Karena , maka .
  2. Karena negatif untuk , maka
  3. Perhatikan bahwa meningkat ketika semakin negatif
  4. Karena maka meningkat ketika mengecil ( mengecil maka membesar)
  5. Sehingga, , best critical region adalah untuk suatu konstanta

Karena bentuk critical region sama untuk semua (hanya konstanta yang berbeda, tergantung pada significance level), maka test yang menolak ketika adalah uniformly most powerful test.

Statistik cukup untuk adalah . UMPT untuk melawan yang berkaitan dengan adalah menolak ketika untuk suatu konstanta .

9.28

Let be a random sample from the normal distribution . Show that the likelihood ratio principle for testing , where is specified, against leads to the inequality . Is this a uniformly most powerful test of against ?

Jawab

Diketahui . Fungsi likelihood untuk sampel adalah:

Sehingga dan:

Likelihood ratio adalah:

Perhatikan bahwa:

Sehingga:

Misalkan konstanta positif. Dapat diperoleh

dimana .

Test ini bukan UMPT, karena UMPT didefiniskan untuk composite hypothesis, sementara yang diberikan adalah simple hypothesis.

Diperoleh , tetapi test ini bukan UMPT karena adalah composite hypothesis.

9.47

Consider a random sample from a distribution with pdf , zero elsewhere, where .

  1. Find the form of the uniformly most powerful test of against .
  2. What is the likelihood ratio for for testing against ?

9.47.1

Fungsi likelihood untuk sampel adalah:

Misalkan . Rasio likelihood adalah:

Karena , maka . Untuk , kita memiliki sehingga .

Rasio likelihood meningkat ketika meningkat (menjadi kurang negatif), yang terjadi ketika meningkat.

Oleh karena itu, untuk setiap , best critical region adalah: untuk suatu konstanta .

UMPT untuk versus adalah:

9.47.2

Untuk :

Sehingga:

Likelihood maksimum:

Likelihood ratio adalah:

Footnotes

  1. Normal distribution