Производная дисперсия коэффициента регрессии в простой линейной регрессии


38

В простой линейной регрессии имеем , где . Я вывел оценщик: где и - примерные значения и .y=β0+β1x+uu∼iidN(0,σ2)

β1^=∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2 ,
x¯y¯xy

Теперь я хочу найти дисперсию . Я получил что-то вроде следующего: β^1

Var(β1^)=σ2(1−1n)∑i(xi−x¯)2 .

Вывод выглядит следующим образом:

Var(β1^)=Var(∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2)=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(∑i(xi−x¯)(β0+β1xi+ui−1n∑j(β0+β1xj+uj)))=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(β1∑i(xi−x¯)2+∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))=1(∑i(xi−x¯)2)2×E[(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)−E[∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)]⏟=0)2]=1(∑i(xi−x¯)2)2E[(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))2]=1(∑i(xi−x¯)2)2E[∑i(xi−x¯)2(ui−∑jujn)2] , since ui 's are iid=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2E(ui−∑jujn)2=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2(E(ui2)−2×E(ui×(∑jujn))+E(∑jujn)2)=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2(σ2−2nσ2+σ2n)=σ2∑i(xi−x¯)2(1−1n)

Я сделал что-то не так здесь?

Я знаю, что если я сделаю все в матричной записи, я получу , Но я пытаюсь получить ответ, не используя матричную нотацию, просто чтобы убедиться, что я понимаю концепции.Var(β1^)=σ2∑i(xi−x¯)2


2
Да, ваша формула из матричной записи верна. Глядя на формулу, о которой идет речь, это выглядит так, как будто вы могли бы использовать образец стандартного отклонения где-то вместо стандартного отклонения совокупности? Не видя происхождения, трудно сказать больше. 1−1n=n−1n
— TooTone

Общие ответы также были размещены в дублирующейся ветке по адресу stats.stackexchange.com/questions/91750 .
— whuber

Ответы:


35

В начале вашего вывода вы умножаете скобки , в процессе расширяя и и . Первое зависит от переменной суммы , а второе - нет. Если вы оставите как есть, деривация будет намного проще, потому что ∑i(xi−x¯)(yi−y¯)yiy¯iy¯

∑i(xi−x¯)y¯=y¯∑i(xi−x¯)=y¯((∑ixi)−nx¯)=y¯(nx¯−nx¯)=0

следовательно

∑i(xi−x¯)(yi−y¯)=∑i(xi−x¯)yi−∑i(xi−x¯)y¯=∑i(xi−x¯)yi=∑i(xi−x¯)(β0+β1xi+ui)

а также

Var(β1^)=Var(∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2)=Var(∑i(xi−x¯)(β0+β1xi+ui)∑i(xi−x¯)2),substituting in the above=Var(∑i(xi−x¯)ui∑i(xi−x¯)2),noting only ui is a random variable=∑i(xi−x¯)2Var(ui)(∑i(xi−x¯)2)2,independence of ui and, Var(kX)=k2Var(X)=σ2∑i(xi−x¯)2

какой результат вы хотите.


Как примечание, я потратил много времени, пытаясь найти ошибку в вашем выводе. В конце концов я решил, что благоразумие - лучшая часть доблести, и лучше было попробовать более простой подход. Однако, к сведению, я не был уверен, что этот шаг оправдан потому что он пропускает перекрестные термины из-за .

=.1(∑i(xi−x¯)2)2E[(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))2]=1(∑i(xi−x¯)2)2E[∑i(xi−x¯)2(ui−∑jujn)2] , since ui 's are iid
∑jujn

Я заметил, что давно мог бы использовать более простой подход, но был полон решимости копать глубже и придумывать один и тот же ответ, используя разные подходы, чтобы убедиться, что я понимаю концепции. Я понимаю, что сначала из нормальных уравнений (FOC по методу наименьших квадратов), поэтому , плюс , поэтому . Так что, во-первых, не будет слова . ∑juj^=0u^¯=∑iuin=0u^¯=y¯−y^¯=0y¯=y^¯∑jujn
— mynameisJEFF

хорошо, в вашем вопросе акцент был сделан на избежание матричной записи.
— TooTone

Да, потому что я смог решить это с помощью матричной записи. И обратите внимание, из моего последнего комментария, я не использовал линейную алгебру. В любом случае, спасибо за ваш отличный ответ ^. ^
— mynameisJEFF

извините, мы говорим здесь о разных целях? Я также не использовал никаких матричных обозначений в своем ответе, и я подумал, что это то, что вы спрашивали в своем вопросе.
— TooTone

извините за недопонимание, ха-ха ...
— mynameisJEFF

2

Я полагаю, что проблема в вашем доказательстве заключается в том, что вы берете ожидаемое значение квадрата . Это имеет вид , где . Итак, при возведении в квадрат мы получаем . Теперь из явного вычисления , поэтому as∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)E[(∑iaibi)2]ai=xi−x¯;bi=ui−∑jujnE[∑i,jaiajbibj]=∑i,jaiajE[bibj]E[bibj]=σ2(δij−1n)E[∑i,jaiajbibj]=∑i,jaiajσ2(δij−1n)=∑iai2σ2∑iai=0,


2

Начните с "Вывод выглядит следующим образом:" 7-й "=" неправильно.

Потому что

∑i(xi−x¯)(ui−u¯)

=∑i(xi−x¯)ui−∑i(xi−x¯)u¯

=∑i(xi−x¯)ui−u¯∑i(xi−x¯)

=∑i(xi−x¯)ui−u¯(∑ixi−nx¯)

=∑i(xi−x¯)ui−u¯(∑ixi−∑ixi)

=∑i(xi−x¯)ui−u¯0

=∑i(xi−x¯)ui

Таким образом, после 7-го "=" это должно быть:

1(∑i(xi−x¯)2)2E[(∑i(xi−x¯)ui)2]

=1(∑i(xi−x¯)2)2E(∑i(xi−x¯)2ui2+2∑i≠j(xi−x¯)(xj−x¯)uiuj)

=1(∑i(xi−x¯)2)2E(∑i(xi−x¯)2ui2)+2E(∑i≠j(xi−x¯)(xj−x¯)uiuj)

= , потому что и независимы и означают 0, поэтому1(∑i(xi−x¯)2)2E(∑i(xi−x¯)2ui2)uiujE(uiuj)=0

=1(∑i(xi−x¯)2)2(∑i(xi−x¯)2E(ui2))

σ2(∑i(xi−x¯)2)2


1
Может быть полезно, если вы отредактировали свой ответ, добавив правильную строку.
— 17

Ваш ответ автоматически помечается как низкое качество, потому что он очень короткий. Пожалуйста, подумайте над расширением своего ответа
— Glen_b
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.