Ответ @ NRH на этот вопрос дает хорошее простое доказательство предвзятости стандартного отклонения выборки. Здесь я явно вычислю ожидание стандартного отклонения выборки (второй вопрос оригинального плаката) от нормально распределенной выборки, в этот момент смещение очевидно.
Несмещенная выборочная дисперсия из множества точек являетсяИкс1, . , , , хN
s2= 1n - 1Σя = 1N( хя- х¯¯¯)2
Если нормально распределены, это факт, чтоИкся
( n - 1 ) с2σ2∼ χ2n - 1
где - истинная дисперсия. Распределение χ 2 k имеет плотность вероятностиσ2χ2К
р ( х ) = ( 1 / 2 )к / 2Γ ( к / 2 )Икск / 2 - 1е- х / 2
используя это, мы можем получить ожидаемое значение ;s
Е( s )= σ2n - 1-----√Е( с2( n - 1 )σ2--------√)= σ2n - 1-----√∫∞0Икс--√( 1 / 2 )( n - 1 ) / 2Γ ( ( n - 1 ) / 2 )Икс( ( n - 1 ) / 2 ) - 1е- х / 2 dИкс
s2( n - 1 )σ2------√χ2χ2
E(s)=σ2n−1−−−−−√∫∞0(1/2)(n−1)/2Γ(n−12)x(n/2)−1e−x/2 dx=σ2n−1−−−−−√⋅Γ(n/2)Γ(n−12)∫∞0(1/2)(n−1)/2Γ(n/2)x(n/2)−1e−x/2 dx=σ2n−1−−−−−√⋅Γ(n/2)Γ(n−12)⋅(1/2)(n−1)/2(1/2)n/2∫∞0(1/2)n/2Γ(n/2)x(n/2)−1e−x/2 dxχ2n density
χ2n
E(s)=σ⋅2n−1−−−−−√⋅Γ(n/2)Γ(n−12)
s
σ−E(s)=σ(1−2n−1−−−−−√⋅Γ(n/2)Γ(n−12))∼σ4n
n→∞
nnσ=11/4n