Expectativa condicional de variável aleatória uniforme, dada estatística de ordem


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Suponha X = (X1,...,Xn) ~ U(θ,2θ) , onde θ∈R+ .

Como se calcula a expectativa condicional de E[X1|X(1),X(n)] , onde X(1) e X(n) são as estatísticas de menor e maior ordem, respectivamente?

Meu primeiro pensamento seria que, uma vez que as estatísticas da ordem limitam o intervalo, é simplesmente (X(1)+X(n))/2 , mas não tenho certeza se isso está correto!


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Este post em matemática SE poderia ser útil
— Kjetil b Halvorsen

Respostas:


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Considere o caso de uma amostra iid X1,X2,…,Xn de uma distribuição Uniforme (0,1) . Escalar essas variáveis ​​por θ e traduzi-las por θ dota-as de uma distribuição Uniforme (θ,2θ) . Tudo o que é relevante para esse problema muda da mesma maneira: as estatísticas da ordem e as expectativas condicionais. Assim, a resposta obtida neste caso especial será válida em geral.

Seja 1<k<n. Emulando o raciocínio em https://stats.stackexchange.com/a/225990/919 (ou outro local), verifique se a distribuição conjunta de (X(1),X(k),X(n)) tem função de densidade

fk;n(x,y,z)=I(0≤x≤y≤z≤1)(y−x)k−2(z−y)n−k−1.

Fixando (x,z) e visualizando isso como uma função de y, isso é reconhecível como uma distribuição Beta (k−1,n−k) que foi dimensionada e traduzida no intervalo [x,z]. Assim, o fator de escala deve ser z−x e a conversão leva de 0 a x.

Como a expectativa de uma distribuição Beta (k−1,n−k) é (k−1)/(n−1), descobrimos que a expectativa condicional de X(k) deve ser a expectativa convertida em escala; nomeadamente,

E(X(k)∣X(1),X(n))=X(1)+(X(n)−X(1))k−1n−1.

Os casos k=1 e k=n são triviais: suas expectativas condicionais são, respectivamente, X(1) e X(k).

Vamos encontrar a expectativa da soma de todas as estatísticas de pedidos:

E(∑k=1nX(k))=X(1)+∑k=2n−1(X(1)+(X(n)−X(1))k−1n−1)+X(n).

A álgebra resume-se a obter a soma

∑k=2n−1(k−1)=(n−1)(n−2)/2.

portanto

E(∑k=1nX(k))=(n−1)X(1)+(X(n)−X(1))(n−1)(n−2)2(n−1)+X(n)=n2(X(n)+X(1)).

Por último, porque o Xi são identicamente distribuídos, eles têm todos a mesma expectativa, donde

nE(X1∣X(1),X(n))=E(X1)+E(X2)+⋯+E(Xn)=E(X(1))+E(X(2))+⋯+E(X(n))=n2(X(n)+X(1)),

com a solução única

E(X1∣X(1),X(n))=(X(n)+X(1))/2.


(a,a)a<1.01X(n)<1/2,X(1)(X(1)+X(n))/2;X(1)>1/2,X(n).


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(X(1),X(n))θ

X1,X2,…,Xn

fθ(x1,…,xn)=1θn1θ<x(1),x(n)<2θ=1θn112x(n)<θ<x(1),θ∈R+

T=(X(1),X(n))θT

E[X1∣T]E(X1)=3θ2

1θ(Xi−θ)∼i.i.dU(0,1)1θ(X(n)−θ)∼Beta(n,1)1θ(X(1)−θ)∼Beta(1,n)

E(X(n))=nθn+1+θ=(2n+1)θn+1E(X(1))=θn+1+θ=(n+2)θn+1

Conseqüentemente,

E[12(X(1)+X(n))]=12(n+1)((n+2)θ+(2n+1)θ)=3θ2

12(X(1)+X(n))3θ2

E[X1∣T]=12(X(1)+X(n))


+1 Esta resposta é boa porque revela uma maneira mais profunda de entender o exercício e o que ele pode nos ensinar.
— whuber
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