Derivar variância do coeficiente de regressão na regressão linear simples


38

Na regressão linear simples, temos , onde . Eu o estimador: onde e são os meios de exemplo de e .y=β0+β1x+uu∼iidN(0,σ2)

β1^=∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2 ,
x¯y¯xy

Agora eu quero encontrar a variação de . algo como o seguinte: β^1

Var(β1^)=σ2(1−1n)∑i(xi−x¯)2 .

A derivação é a seguinte:

Var(β1^)=Var(∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2)=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(∑i(xi−x¯)(β0+β1xi+ui−1n∑j(β0+β1xj+uj)))=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(β1∑i(xi−x¯)2+∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))=1(∑i(xi−x¯)2)2×E[(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)−E[∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)]⏟=0)2]=1(∑i(xi−x¯)2)2E[(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))2]=1(∑i(xi−x¯)2)2E[∑i(xi−x¯)2(ui−∑jujn)2] , since ui 's are iid=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2E(ui−∑jujn)2=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2(E(ui2)−2×E(ui×(∑jujn))+E(∑jujn)2)=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2(σ2−2nσ2+σ2n)=σ2∑i(xi−x¯)2(1−1n)

Eu fiz algo errado aqui?

Eu sei que se eu fizer tudo na notação matricial, obteria . Mas estou tentando derivar a resposta sem usar a notação matricial apenas para ter certeza de entender os conceitos.Var(β1^)=σ2∑i(xi−x¯)2


2
Sim, sua fórmula da notação de matriz está correta. Observando a fórmula em questão, para que pareça que você possa usar um desvio padrão de amostra em algum lugar em vez de um desvio padrão da população? Sem ver a derivação, é difícil dizer mais nada. 1−1n=n−1n
— precisa saber é o seguinte

Respostas gerais também foram postadas no segmento duplicado em stats.stackexchange.com/questions/91750 .
— whuber

Respostas:


35

No início de sua derivação, você multiplica os colchetes , no processo expandindo e . O primeiro depende da variável de soma , enquanto o segundo não. Se você deixar como está, a derivação será muito mais simples, porque y i ˉ y i ˉ y Σ i ( x i - ˉ x ) ˉ y∑Eu(xEu-x¯)(yEu-y¯)yEuy¯Euy¯

∑Eu(xEu-x¯)y¯=y¯∑Eu(xEu-x¯)=y¯((∑EuxEu)-nx¯)=y¯(nx¯-nx¯)=0 0

Conseqüentemente

∑Eu(xEu-x¯)(yEu-y¯)=∑Eu(xEu-x¯)yEu-∑Eu(xEu-x¯)y¯=∑Eu(xEu-x¯)yEu=∑Eu(xEu-x¯)(β0 0+β1xEu+vocêEu)

e

Var(β1^)=Var(∑Eu(xEu-x¯)(yEu-y¯)∑Eu(xEu-x¯)2)=Var(∑Eu(xEu-x¯)(β0 0+β1xEu+vocêEu)∑Eu(xEu-x¯)2),substituindo no acima=Var(∑Eu(xEu-x¯)vocêEu∑Eu(xEu-x¯)2),observando apenas vocêEu é uma variável aleatória=∑Eu(xEu-x¯)2Var(vocêEu)(∑Eu(xEu-x¯)2)2,independência de vocêEu e, Var(kX)=k2Var(X)=σ2∑Eu(xEu-x¯)2

qual é o resultado que você deseja.


Como observação, passei muito tempo tentando encontrar um erro na sua derivação. No final, decidi que a discrição era a melhor parte do valor e era melhor tentar a abordagem mais simples. No entanto, para o registro, não tinha certeza de que essa etapa fosse justificada porque perde os termos cruzados devido a .

=.1(∑Eu(xEu-x¯)2)2E[(∑Eu(xEu-x¯)(vocêEu-∑jvocêjn))2]=1(∑Eu(xEu-x¯)2)2E[∑Eu(xEu-x¯)2(vocêEu-∑jvocêjn)2] , Desde a vocêEu são iid
∑jvocêjn

Percebi que poderia usar a abordagem mais simples há muito tempo, mas estava determinado a me aprofundar e encontrar a mesma resposta usando abordagens diferentes, para garantir que eu entendesse os conceitos. Percebo que primeiro das equações normais (FOC do método dos mínimos quadrados), então , mais , então . Portanto, não haverá o termo em primeiro lugar. ∑jvocêj^=0 0você^¯=∑EuvocêEun=0 0você^¯=y¯-y^¯=0 0y¯=y^¯∑jvocêjn
— precisa

ok, na sua pergunta a ênfase estava em evitar a notação matricial.
— precisa saber é o seguinte

Sim, porque consegui resolvê-lo usando a notação matricial. E note que no meu último comentário, eu não usei nenhuma álgebra linear. Obrigado pela sua ótima resposta de qualquer maneira ^. ^ #
— MynameisJEFF #

desculpe, estamos falando de propósitos diferentes aqui? Também não usei nenhuma notação matricial na minha resposta e pensei que era isso que você estava perguntando na sua pergunta.
— precisa saber é o seguinte

desculpe por mal-entendido haha ​​... #
— 9685

2

Acredito que o problema em sua prova seja a etapa em que você o valor esperado do quadrado de . Esse é o formato , onde . Assim, ao quadrado, obtemos . Agora, a partir da computação explícita, , então como∑Eu(xEu-x¯)(vocêEu-∑jvocêjn)E[(∑EuumaEubEu)2]umaEu=xEu-x¯;bEu=vocêEu-∑jvocêjnE[∑Eu,jumaEuumajbEubj]=∑Eu,jumaEuumajE[bEubj]E[bEubj]=σ2(δEuj-1n)E[∑Eu,jumaEuumajbEubj]=∑Eu,jumaEuumajσ2(δEuj-1n)=∑EuumaEu2σ2∑EuumaEu=0 0.


2

Comece com "A derivação é a seguinte:" O sétimo "=" está errado.

Porque

∑Eu(xEu-x¯)(vocêEu-você¯)

=∑Eu(xEu-x¯)vocêEu-∑Eu(xEu-x¯)você¯

=∑Eu(xEu-x¯)vocêEu-você¯∑Eu(xEu-x¯)

=∑Eu(xEu-x¯)vocêEu-você¯(∑EuxEu-nx¯)

=∑Eu(xEu-x¯)vocêEu-você¯(∑EuxEu-∑EuxEu)

=∑Eu(xEu-x¯)vocêEu-você¯0 0

=∑Eu(xEu-x¯)vocêEu

Então, depois do 7º "=", deve ser:

1(∑Eu(xEu-x¯)2)2E[(∑Eu(xEu-x¯)vocêEu)2]

=1(∑Eu(xEu-x¯)2)2E(∑Eu(xEu-x¯)2vocêEu2+2∑Eu≠j(xEu-x¯)(xj-x¯)vocêEuvocêj)

=1(∑Eu(xEu-x¯)2)2E(∑Eu(xEu-x¯)2vocêEu2)+2E(∑Eu≠j(xEu-x¯)(xj-x¯)vocêEuvocêj)

= , porque e são independentes e significam 0, então1(∑Eu(xEu-x¯)2)2E(∑Eu(xEu-x¯)2vocêEu2)vocêEuvocêjE(vocêEuvocêj)=0 0

=1(∑Eu(xEu-x¯)2)2(∑Eu(xEu-x¯)2E(vocêEu2))

σ2(∑Eu(xEu-x¯)2)2


1
Pode ser útil se você editou sua resposta para incluir a linha correta.
— precisa saber é o seguinte

Sua resposta está sendo sinalizada automaticamente como baixa qualidade, porque é muito curta. Por favor, considere expandir sua resposta
— Glen_b -Reinstar Monica
Ao utilizar nosso site, você reconhece que leu e compreendeu nossa Política de Cookies e nossa Política de Privacidade.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.