简单证明吗?


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令为独立的标准正态随机变量。有很多(冗长的)证明,表明Z1,,Zn

i=1n(Zi1nj=1nZj)2χn12

许多证明都很长,其中一些证明使用归纳法(例如Casella Statistics Inference)。我想知道是否有任何容易证明这一结果的证据。


对于一种直观的几何(无坐标)方法,请参阅出色的文章 Michael J. Wichura的线性模型的无坐标方法》(技术原理见定理8.2)中的第1.2节,作者在此将传统方法与传统方法进行了比较。矩阵证明(由whuber的答案提供)和他的投影方法,表明他的几何方法更自然且不那么模糊。我个人认为,这一证明是有见地和简洁的。
詹雄

Answers:


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对于,定义k=1,2,,n1

Xk=(Z1+Z2++ZkkZk+1)/k+k2.

,是线性multinormally分布的随机变量的变换Ž ,也有一个multinormal分布。注意XkZi

  1. 的方差-协方差矩阵是n - 1 × n - 1恒等矩阵。(X1,X2,,Xn1)n1×n1

  2. X12+X22++Xn12=i=1n(ZiZ¯)2.

,这是很容易检查,直接意味着2 在观察所有的 X ķ与不相关 ˉ ž 所有的计算都归结为 1 + 1 + + 1 - k = 0的事实,这里有 k个。(1)(2)XkZ¯.1+1++1k=0k

总之,这些结果表明,具有的总和的分布ñ - 1不相关单位方差普通变量。 根据定义,这是在χ 2Ñ - 1 分配,QEDi=1n(ZiZ¯)2n1χ2(n1)

参考文献

  1. 有关的构造来源的说明,请参见我的答案的开头,该答案来自如何执行有关Helmert矩阵的等距对数比变换Xk

  2. 这是ocram答案在RSS为什么分布卡方平方np中给出的一般演示的简化。这个答案断言“存在一个矩阵”来构造;在这里,我展示了这样一个矩阵。Xk


这种构造具有简单的几何解释。(1)变量分布在n维球对称分布上(因此我们可以按照自己喜欢的方式旋转它)。(2)‾ ž被发现作为解决线性问题Ž = ¯ ž + ε ,这是有效的向量的投影Ž1。(3)如果我们旋转坐标空间以使其中一个坐标与此投影矢量1相重合,则余数是表示剩余空间的(n-1)多项式分布。ZiZ¯Zi=Z¯+ϵiZ11
Sextus Empiricus

您证明彼此不相关。但据我了解,说方标准正态分布变量的总和χ 2,我们需要的独立性,这比不相关更强的要求?编辑:哦,等等,如果我们知道两个变量是正态分布的,那么不相关就意味着独立。Xiχ2
user56834 '17

另外,我不明白你是如何从一个事实,即去的是用不相关ˉ ž(我不明白),(2)。您能详细说明一下吗?XiZ¯
user56834 '17

@程序员抱歉;我并不是要暗示这是一个逻辑推论-(1)和(2)是两个单独的观察结果。(2)仅仅是(直接)代数恒等式。
ub

1
程序员,注意链接到对方的回答即Whuber得到(stats.stackexchange.com/questions/259208/...的)是基于矩阵,构建ħ,使用正交的行。因此可以在一个更抽象的(较少犯错误的)的方式评估Σ ķ 2 作为ķ ķ = ħ Ž ħ Ž = H ^ Ž ţħ Ž = ž Ťħ Ť ħ XkHKi2,(注意我们通过载体1111延长K可使其N乘N)KK=(HZ)(HZ)=(HZ)T(HZ)=ZT(HTH)Z=ZTIZ=ZZ
塞克图斯经验派

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注意在说的IID与标准正常Ñ 0 1 ,用μ = 0σ = 1ZisN(0,1)μ=0σ=1

然后Zi2χ(1)2

那么

i=1nZi2=i=1n(ZiZ¯+Z¯)2=i=1n(ZiZ¯)2+nZ¯2(1)=i=1n(ZiZ¯)2+[n(Z¯0)1]2

注意的左手侧(1), 和在右手侧的第二项 [

i=1nZi2χ(n)2
[n(Z¯0)1]2χ(1)2.

Furthermore Cov(ZiZ¯,Z¯)=0 such that ZiZ¯ and Z¯ are independent. Therefore the two last terms in (1) (functions of ZiZ¯ and Zi) are also independent. Their mgfs are therefore related to the mgf of the left hand side of (1) through

Mn(t)=Mn1(t)M1(t)
where Mn(t)=(12t)n/2 and M1(t)=(12t)1/2. The mgf of i=1n(ZiZ¯)2 is therefore Mn1(t)=Mn(t)/M1(t)=(12t)(n1)/2. Thus, i=1n(ZiZ¯)2 is chi-square with n1 degrees of freedom.

1
The last "Therefore" is too careless
Zhanxiong

The independent can be seen from standard deivation is in dependent of X¯
Deep North

2
"standard deviation independent of X¯"? Maybe what you wanted to say is Zi2 is independent of Z¯. Unfortunately, this is not true. What really holds is (ZiZ¯)2 is independent of Z¯, which is also a part of the proof we need to complete (instead of using it when showing this proposition).
Zhanxiong

I think I used Cochran’s Theorem
Deep North

3
@DeepNorth If filled in some missing pieces in your proof
Jarle Tufto
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