使用二阶泰勒级数传播误差
我正在阅读John Rice的文章“数学统计和数据分析”。我们关注随机变量的期望值和方差的近似值。我们能够计算随机变量的期望值和方差,并且我们知道关系。因此,可以使用关于的泰勒级数展开来逼近的期望值和方差。YYYXXXY=g(X)Y=g(X)Y = g(X)YYYgggμXμX\mu_X 在第162页上,他列出了3个方程式。 使用一阶泰勒级数展开式的的期望值。它是:。这在我的问题后面称为。YYYμY≈g(μX)μY≈g(μX)\mu_Y \approx g(\mu_X)E(Y1)E(Y1)E(Y_1) 使用一阶泰勒级数展开式的的方差。它是:。这在我的问题后面称为。YYYσ2Y≈σ2X(g′(μX))2σY2≈σX2(g′(μX))2\sigma_Y^2 \approx \sigma_X^2 (g'(\mu_X))^2Var(Y1)Var(Y1)Var(Y_1) 使用二阶泰勒级数展开式的的期望值。它是。在我的问题中稍后将其称为E(Y_2)。YYYμY≈g(μX)+12σ2Xg′′(μX)μY≈g(μX)+12σX2g″(μX)\mu_Y \approx g(\mu_X) + \frac12 \sigma_X^2 g''(\mu_X)E(Y2)E(Y2)E(Y_2) 请注意,Y有两个不同的表达式,YYY因为我们在泰勒级数展开中使用了两个不同的阶数。等式1和2表示Y1=g(X)≈g(μX)+(X−μX)g′(μX)Y1=g(X)≈g(μX)+(X−μX)g′(μX)Y_1 = g(X) \approx g(\mu_X) + (X-\mu_X)g'(\mu_X)。等式3表示Y2=g(X)≈g(μX)+(X−μX)g′(μX)+12(X−μX)2g′′(μX)Y2=g(X)≈g(μX)+(X−μX)g′(μX)+12(X−μX)2g″(μX)Y_2 = g(X) \approx g(\mu_X) + (X-\mu_X)g'(\mu_X) + \frac12 (X-\mu_X)^2 g''(\mu_X)。 注意,没有具体给出Var(Y_2)的方程Var(Y2)Var(Y2)Var(Y_2)。后来,当作者实际上指的是Y_2的期望值(公式3)时,作者似乎将其用于Y_1的方差Y1Y1Y_1(公式2 )。这似乎暗示Var(Y_2)= Var(Y_1)。Y2Y2Y_2Var(Y2)=Var(Y1)Var(Y2)=Var(Y1)Var(Y_2) = Var(Y_1) 我尝试手动计算,但表达式却变得有些复杂。这是我的工作(我停了下来,因为最终我得到了期望的项): Var(Y2)Var(Y2)Var(Y_2)X3X3X^3Var(Y2)=E[(g(μX)+(X−μX)a+12(X−μX)2b−g(μX)−12σ2Xb)2]=E[((X−μX)a+(12(X−μX)2−12σ2X)b)2]=E[(ca+(12c2−12σ2X)b)2]=E[c2a2+ca(c2−σ2X)b+14(c2−σ2X)2b2]=E[(X2−2XμX+μ2X)a2+(X−μX)a((X2−2XμX+μ2X)−σ2X)b+14((X2−2XμX+μ2X)−σ2X)2b2]Var(Y2)=E[(g(μX)+(X−μX)a+12(X−μX)2b−g(μX)−12σX2b)2]=E[((X−μX)a+(12(X−μX)2−12σX2)b)2]=E[(ca+(12c2−12σX2)b)2]=E[c2a2+ca(c2−σX2)b+14(c2−σX2)2b2]=E[(X2−2XμX+μX2)a2+(X−μX)a((X2−2XμX+μX2)−σX2)b+14((X2−2XμX+μX2)−σX2)2b2] \begin{aligned} Var(Y_2) &= E[( g(\mu_X) + (X-\mu_X)a …