2-क्रम टेलर श्रृंखला का उपयोग करते हुए त्रुटि का प्रसार


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मैं जॉन राइस द्वारा एक पाठ, "गणितीय सांख्यिकी और डेटा विश्लेषण" पढ़ रहा हूं। हम रैंडम वैरिएबल के अपेक्षित मान और भिन्नता का अनुमान लगा रहे हैं । हम यादृच्छिक चर के अपेक्षित मान और विचरण की गणना करने में सक्षम हैं और हम संबंध जानते हैं । इसलिए, यह उम्मीद मूल्य और प्रसरण का अनुमान लगाने के संभव है के टेलर श्रृंखला विस्तार का उपयोग के बारे में ।YXY=g(X)YgμX

पृष्ठ 162 पर, वह 3 समीकरणों को सूचीबद्ध करता है।

  1. 1-ऑर्डर टेलर श्रृंखला विस्तार का उपयोग करके का अपेक्षित मूल्य । यह है: । यह मेरे प्रश्न में बाद में के रूप में संदर्भित किया जाता है ।YμY≈g(μX)E(Y1)

  2. 1-ऑर्डर टेलर श्रृंखला विस्तार का उपयोग करके का विचरण । यह है: । यह मेरे प्रश्न में बाद में के रूप में संदर्भित किया जाता है ।YσY2≈σX2(g′(μX))2Var(Y1)

  3. 2-ऑर्डर टेलर श्रृंखला विस्तार का उपयोग करके का अपेक्षित मूल्य । यह । यह मेरे प्रश्न में बाद में E (Y_2) के रूप में संदर्भित किया जाता है ।YμY≈g(μX)+12σX2g″(μX)E(Y2)

ध्यान दें कि वाई के लिए दो अलग-अलग अभिव्यक्तियाँ Yहैं क्योंकि हम टेलर श्रृंखला विस्तार में दो अलग-अलग आदेशों का उपयोग कर रहे हैं। समीकरण 1 और 2 में Y1=g(X)≈g(μX)+(X−μX)g′(μX) । समीकरण 3 में Y2=g(X)≈g(μX)+(X−μX)g′(μX)+12(X−μX)2g″(μX) ।

ध्यान दें कि विशेष रूप से Var (Y_2) के लिए समीकरण Var(Y2)नहीं दिया गया है। बाद में, लेखक Y1 (समीकरण 2) के विचरण के लिए समीकरण का उपयोग करता प्रतीत होता है , जब वास्तव में वह Y2 (समीकरण 3) के अपेक्षित मूल्य की बात कर रहा होता है । यह Var (Y_2) = Var (Y_1) का अर्थ लगता है Var(Y2)=Var(Y1)।

मैंने हाथ द्वारा गणना करने की कोशिश की है , और मुझे कुछ जटिल अभिव्यक्ति मिल रही है। यहाँ मेरा काम है (मैं रुक गया क्योंकि अंत में मुझे उम्मीद में पद मिल रहे हैं): Var(Y2)X3

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]

ध्यान दें कि उपरोक्त समीकरणों में, , , और । क्या है ?a=g′(μX)b=g″(μX)c=X−μXVar(Y2)

धन्यवाद।


आप पर क्यों रुक गए ? क्योंकि दूसरे क्रम सन्निकटन की द्विघात क्रिया है , अपने विचरण आम तौर पर के क्षणों शामिल होगी अप करने के लिए । तीसरा क्षण शून्य हो सकता है, लेकिन चौथा क्षण निश्चित रूप से प्रदर्शित होने वाला है और किसी भी चीज़ को रद्द नहीं किया जाना चाहिए। X3XX2⋅2=4
— whuber

जवाबों:


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मान लिया जाये कि , हम की अनुमानित विचरण प्राप्त कर सकते हैं के दूसरे क्रम टेलर विस्तार का उपयोग के बारे में इस प्रकार है:Y=g(X)Yg(X)μX=E[X]

Var[Y]=Var[g(X)]≈Var[g(μX)+g′(μX)(X−μX)+12g″(μX)(X−μX)2]=(g′(μX))2σX2+14(g″(μX))2Var[(X−μX)2]+g′(μX)g″(μX)Cov[X−μX,(X−μX)2]=(g′(μX))2σX2+14(g″(μX))2E[(X−μX)4−σX4]+g′(μX)g″(μX)(E(X3)−3μX(σX2+μX2)+2μX3)=(g′(μX))2σX2+14(g″(μX))2(E[X4]−4μXE[X3]+6μX2(σX2+μX2)−3μX4−σX4)+g′(μX)g″(μX)(E(X3)−3μX(σX2+μX2)+2μX3)

जैसा कि @whuber ने टिप्पणियों में बताया है, यह के तीसरे और चौथे केंद्रीय क्षणों का उपयोग करके थोड़ा साफ किया जा सकता है । एक केंद्रीय क्षण को रूप में परिभाषित किया गया है । ध्यान दें कि । इस नई संकेतन का उपयोग करते हुए, हमारे पास उस Xμk=E[(X−μX)k]σX2=μ2

Var[Y]≈(g′(μX))2σX2+g′(μX)g″(μX)μ3+14(g″(μX))2(μ4−σX4)

यह सही तरीका है, लेकिन क्या आप और बीच सहसंयोजक को शामिल करना नहीं ? X−μX(X−μX)2
— whuber

@whuber हां मैंने किया। यह बात बताने के लिए धन्यवाद। मैं जल्द ही इसे संपादित करूंगा।
— २१:४१ पर २१

आप दूसरे, तीसरे और चौथे केंद्रीय क्षणों, , , और संदर्भ में उत्तर लिखकर स्वयं को कुछ परेशानी से बचा सकते हैं । आपको । σ2μ3μ4σ2g′(μ)2+μ3g′(μ)g″(μ)+14(μ4−σ4)g″(μ)2
— whuber

@ वृंद - मेरी क्षमायाचना। मुझे नहीं पता था कि आपके मूल पोस्ट में यह था। मैं अपने पद को नहीं हटा रहा हूँ, हालाँकि, टाइप करने में थोड़ा समय लगा।
— ग्रहण

@ मोम, व्हीबर: उत्तर और स्पष्टीकरण के लिए धन्यवाद।
— वृंद
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