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九州大学 数理学府 MMAコース 2018年度 [6]

Author

Miyake

Description

Kai

(1)

\[ \begin{aligned} E(X_i) &= \frac{1}{2} \frac{1}{\sqrt{2 \pi} \sigma} \int_{- \infty}^\infty x \exp \left\{ - \frac{1}{2 \sigma^2} (x - \mu)^2 \right\} dx \\ &\ \ \ \ + \frac{1}{2} \frac{1}{\sqrt{2 \pi} \sigma} \int_{- \infty}^\infty x \exp \left\{ - \frac{1}{2 \sigma^2} (x - c \mu)^2 \right\} dx \\ &= \frac{1}{2} \mu + \frac{1}{2} c \mu \\ &= \frac{1+c}{2} \mu \end{aligned} \]

であり、

\[ \begin{aligned} E(\bar{X}) &= \frac{1+c}{2} \mu \end{aligned} \]

であるから、 \(\frac{2}{1+c} \bar{X}\)\(\mu\) の不偏推定量である。

(2)

\[ \begin{aligned} E(X_i^2) &= \frac{1}{2} \frac{1}{\sqrt{2 \pi} \sigma} \int_{- \infty}^\infty x^2 \exp \left\{ - \frac{1}{2 \sigma^2} (x - \mu)^2 \right\} dx \\ &\ \ \ \ + \frac{1}{2} \frac{1}{\sqrt{2 \pi} \sigma} \int_{- \infty}^\infty x^2 \exp \left\{ - \frac{1}{2 \sigma^2} (x - c \mu)^2 \right\} dx \\ &= \frac{1}{2} ( \sigma^2 + \mu^2 ) + \frac{1}{2} ( \sigma^2 + c^2 \mu^2 ) \\ &= \sigma^2 + \frac{1+c^2}{2} \mu^2 \\ V(X_i) &= E(X_i^2) - E(X_i)^2 \\ &= \sigma^2 + \frac{1+c^2}{2} \mu^2 - \left( \frac{1+c}{2} \mu \right)^2 \\ &= \sigma^2 + \frac{(1-c)^2}{4} \mu^2 \end{aligned} \]

であるから、

\[ \begin{aligned} V(\bar{X}) &= \frac{1}{n} \left( \sigma^2 + \frac{(1-c)^2}{4} \mu^2 \right) \end{aligned} \]

を得る。

(3)

(2) より、 \(V(\bar{X})\) が最小になるのは、 \(c=1\) のときである。