Μαθηματικές στατιστικές χρησιμοποιεί τεχνικές από διάφορους κλάδους των μαθηματικών για να αποδείξει οριστικά ότι οι δηλώσεις σχετικά με τα στατιστικά στοιχεία είναι αληθινές. Θα δούμε πώς να χρησιμοποιήσουμε τον υπολογισμό για να καθορίσουμε τις τιμές που αναφέρθηκαν παραπάνω τόσο της μέγιστης τιμής του chi-square κατανομή, η οποία αντιστοιχεί στη λειτουργία του, καθώς και να βρει τα σημεία καμπής του διανομή.
Πριν κάνουμε αυτό, θα συζητήσουμε τα χαρακτηριστικά των μεγίστων και των σημείων καμπής εν γένει. Θα εξετάσουμε επίσης μια μέθοδο για τον υπολογισμό του μέγιστου βαθμού των σημείων καμπής.
Πώς να υπολογίσετε μια λειτουργία με τον υπολογισμό
Για ένα διακριτό σύνολο δεδομένων, η λειτουργία είναι η πιο συχνά εμφανιζόμενη τιμή. Σε ένα ιστόγραμμα των δεδομένων, αυτό θα αντιπροσωπεύεται από την υψηλότερη γραμμή. Μόλις γνωρίσουμε την υψηλότερη μπάρα, εξετάζουμε την τιμή δεδομένων που αντιστοιχεί στη βάση αυτής της γραμμής. Αυτή είναι η λειτουργία του συνόλου δεδομένων μας.
Η ίδια ιδέα χρησιμοποιείται για τη συνεχή κατανομή. Αυτή τη φορά για να βρούμε τη λειτουργία, ψάχνουμε για την υψηλότερη κορυφή στη διανομή. Για ένα γράφημα αυτής της κατανομής, το ύψος της κορυφής είναι μια τιμή y. Αυτή η τιμή y ονομάζεται μέγιστη τιμή για το γράφημά μας, επειδή η τιμή είναι μεγαλύτερη από οποιαδήποτε άλλη τιμή y. Η λειτουργία είναι η τιμή κατά μήκος του οριζόντιου άξονα που αντιστοιχεί σε αυτή τη μέγιστη τιμή y.
Παρόλο που μπορούμε απλά να δούμε ένα γράφημα μιας διανομής για να βρούμε τη λειτουργία, υπάρχουν ορισμένα προβλήματα με αυτήν τη μέθοδο. Η ακρίβειά μας είναι τόσο καλή όσο η γραφική μας παράσταση και πιθανόν να χρειαστεί να εκτιμήσουμε. Επίσης, ενδέχεται να υπάρχουν δυσκολίες στη γραφική παράσταση της λειτουργίας μας.
Μια εναλλακτική μέθοδος που δεν απαιτεί γραφική παράσταση είναι η χρήση λογισμού. Η μέθοδος που θα χρησιμοποιήσουμε είναι η εξής:
- Ξεκινήστε με τη λειτουργία πυκνότητας πιθανότητας φά (Χ) για τη διανομή μας.
- Υπολογίστε το πρώτο και το δεύτερο παράγωγα αυτής της λειτουργίας: φά '(Χ) και φά ''(Χ)
- Ορίστε αυτό το πρώτο παράγωγο ίσο με το μηδέν φά '(Χ) = 0.
- Επίλυση για Χ.
- Συνδέστε τις τιμές από το προηγούμενο βήμα στο δεύτερο παράγωγο και αξιολογήστε. Εάν το αποτέλεσμα είναι αρνητικό, τότε έχουμε ένα τοπικό μέγιστο στην τιμή x.
- Αξιολογήστε τη λειτουργία f (Χ) σε όλα τα σημεία Χ από το προηγούμενο βήμα.
- Αξιολογήστε τη συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας σε οποιοδήποτε σημείο της υποστήριξής της. Επομένως, αν η συνάρτηση έχει πεδίο που δίνεται από το κλειστό διάστημα [a, b], τότε αξιολογεί τη λειτουργία στα τελικά σημεία ένα και σι.
- Η μεγαλύτερη τιμή στα βήματα 6 και 7 θα είναι το απόλυτο μέγιστο της συνάρτησης. Η τιμή x όπου αυτή η μέγιστη τιμή είναι η λειτουργία της διανομής.
Τρόπος της διανομής Chi-Square
Τώρα περάσαμε τα παραπάνω βήματα για να υπολογίσουμε τον τρόπο διανομής chi-square με r βαθμοί ελευθερίας. Αρχίζουμε με τη συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας φά(Χ) που εμφανίζεται στην εικόνα σε αυτό το άρθρο.
φά (Χ) = κ Χr / 2-1μι-x / 2
Εδώ κ είναι μια σταθερά που περιλαμβάνει το γ. λειτουργία και δύναμη 2. Δεν χρειάζεται να γνωρίζουμε τις ιδιαιτερότητες (ωστόσο μπορούμε να αναφερθούμε στη φόρμουλα της εικόνας για αυτά).
Το πρώτο παράγωγο αυτής της συνάρτησης δίνεται χρησιμοποιώντας το κανόνα προϊόντος καθώς και η κανόνας της αλυσίδας:
φά '( Χ ) = κ (r / 2-1)Χr / 2-2μι-x / 2 - (K / 2) Χr / 2-1μι-x / 2
Θέσαμε αυτό το παράγωγο ίσο με το μηδέν και παράγοντας την έκφραση στη δεξιά πλευρά:
0 = K xr / 2-1μι-x / 2 [(r / 2-1)Χ-1- 1/2]
Από τη σταθερά Κ, ο εκθετικη συναρτηση και Χr / 2-1 είναι όλα nonzero, μπορούμε να διαιρέσουμε και τις δύο πλευρές της εξίσωσης από αυτές τις εκφράσεις. Στη συνέχεια έχουμε:
0 = (r / 2-1)Χ-1- 1/2
Πολλαπλασιάστε τις δύο πλευρές της εξίσωσης κατά 2:
0 = (r - 2)Χ-1- 1
Έτσι 1 = (r - 2)Χ-1και καταλήγουμε έχοντας x = r - 2. Αυτό είναι το σημείο κατά μήκος του οριζόντιου άξονα όπου συμβαίνει η λειτουργία. Δείχνει το Χ αξία της κορυφής της χι-τετραγωνικής κατανομής μας.
Πώς να βρείτε ένα σημείο καμπής με τον Αριθμητικό
Ένα άλλο χαρακτηριστικό μιας καμπύλης ασχολείται με τον τρόπο που κάμπτεται. Τμήματα μιας καμπύλης μπορεί να είναι κοίλα προς τα πάνω, όπως μια κεφαλή U. Οι καμπύλες μπορούν επίσης να είναι κοίλες προς τα κάτω και να έχουν σχήμα σημείο τομής σύμβολο ∩. Όπου η καμπύλη αλλάζει από κοίλη προς κοίλη προς τα πάνω ή αντίστροφα έχουμε ένα σημείο καμπής.
Το δεύτερο παράγωγο μιας συνάρτησης ανιχνεύει την κοιλότητα του γραφήματος της συνάρτησης. Αν το δεύτερο παράγωγο είναι θετικό, τότε η καμπύλη είναι κοίλη προς τα πάνω. Αν το δεύτερο παράγωγο είναι αρνητικό, τότε η καμπύλη είναι κοίλη προς τα κάτω. Όταν το δεύτερο παράγωγο είναι ίσο με το μηδέν και το γράφημα της συνάρτησης αλλάζει την κοιλότητα, έχουμε ένα σημείο καμπής.
Προκειμένου να βρούμε τα σημεία καμπής ενός γραφήματος, έχουμε:
- Υπολογίστε το δεύτερο παράγωγο της λειτουργίας μας φά ''(Χ).
- Ορίστε αυτό το δεύτερο παράγωγο ίσο με το μηδέν.
- Επιλύστε την εξίσωση από το προηγούμενο βήμα για Χ.
Σημεία κλίσης για την κατανομή Chi-Square
Τώρα βλέπουμε πώς να εργαστούμε στα παραπάνω βήματα για την κατανομή chi-square. Αρχίζουμε με τη διαφοροποίηση. Από την παραπάνω εργασία, είδαμε ότι το πρώτο παράγωγο για τη λειτουργία μας είναι:
φά '(Χ) = κ (r / 2-1) Χr / 2-2μι-x / 2 - (K / 2) Χr / 2-1μι-x / 2
Διαχωρίζουμε ξανά, χρησιμοποιώντας τον κανόνα του προϊόντος δύο φορές. Εχουμε:
φά ''( Χ ) = κ (r / 2-1) (r / 2-2)Χr / 2-3μι-x / 2 - (Κ / 2) (r / 2-1)Χr / 2-2μι-x / 2 + (Κ / 4) Χr / 2-1μι-x / 2 - (K / 2) (r / 2 - 1) Χr / 2-2μι-x / 2
Ρυθμίσαμε αυτό το μηδέν και διαιρέσαμε τις δύο πλευρές Ke-x / 2
0= (r / 2-1) (r / 2-2)Χr / 2-3- (1/2) (r / 2-1)Χr / 2-2+ (1/ 4) Χr / 2-1- (1/ 2)(r/2 - 1) Χr / 2-2
Συνδυάζοντας παρόμοιους όρους, έχουμε:
(r / 2-1) (r / 2-2)Χr / 2-3- (r / 2-1)Χr / 2-2+ (1/ 4) Χr / 2-1
Πολλαπλασιάστε και τις δύο πλευρές κατά 4Χ3 - r / 2, αυτό μας δίνει:
0 = (r-2) (r-4) - (2r-4)Χ+ Χ2.
Ο τετραγωνικός τύπος μπορεί πλέον να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση Χ.
Χ = [(2r-4) +/- [(2r-4)2 - 4 (r - 2) (r - 4)]1/2]/2
Επεκτείνουμε τους όρους που λαμβάνονται για τη δύναμη 1/2 και βλέπουμε τα εξής:
(4γ2 -16r + 16) - 4 (r2 -6r + 8) = 8γ - 16 = 4 (2γ - 4)
Αυτό σημαίνει ότι:
Χ = [(2r-4) +/- [(4 (2r-4)]1/2] / 2 = (r-2) +/- [2r-4]1/2
Από αυτό βλέπουμε ότι υπάρχουν δύο σημεία καμπής. Επιπλέον, αυτά τα σημεία είναι συμμετρικά για τον τρόπο διανομής, καθώς το (r - 2) είναι στα μισά του δρόμου μεταξύ των δύο σημείων καμπής.
συμπέρασμα
Βλέπουμε πώς και τα δύο αυτά χαρακτηριστικά συνδέονται με τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις πληροφορίες για να βοηθήσουμε στο σκίτσο μιας διανομής chi-square. Μπορούμε επίσης να συγκρίνουμε αυτή τη διανομή με άλλους, όπως η κανονική κατανομή. Μπορούμε να δούμε ότι τα σημεία καμπής για μια κατανομή chi-square συμβαίνουν σε διαφορετικά σημεία από το σημεία καμπής για την κανονική κατανομή.