Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Statistika Pisni izpit 6. julij 2018 Navodila Pazljivo preberite be

Podobni dokumenti
Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Statistika Pisni izpit 31. avgust 2018 Navodila Pazljivo preberite

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Verjetnost Pisni izpit 5. februar 2018 Navodila Pazljivo preberite

Vaje: Matrike 1. Ugani rezultat, nato pa dokaži z indukcijo: (a) (b) [ ] n 1 1 ; n N 0 1 n ; n N Pokaži, da je množica x 0 y 0 x

2. Model multiple regresije

Brownova kovariancna razdalja

Univerza v Mariboru Fakulteta za naravoslovje in matematiko Oddelek za matematiko in računalništvo Enopredmetna matematika IZPIT IZ VERJETNOSTI IN STA

NAVADNA (BIVARIATNA) LINEARNA REGRESIJA O regresijski analizi govorimo, kadar želimo opisati povezanost dveh numeričnih spremenljivk. Opravka imamo to

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Matematika 2 Pisni izpit 9. junij 2005 Ime in priimek: Vpisna št: Zaporedna številka izpita: Navodila Pazljivo preberite bese

resitve.dvi

resitve.dvi

resitve.dvi

Kazalo 1 DVOMESTNE RELACIJE Operacije z dvomestnimi relacijami Predstavitev relacij

LaTeX slides

3. Metode, ki temeljijo na minimalnem ostanku Denimo, da smo z Arnoldijevim algoritmom zgenerirali ON bazo podprostora Krilova K k (A, r 0 ) in velja

FGG13

Slide 1

Osnove statistike v fizični geografiji 2

EKVITABILNE PARTICIJE IN TOEPLITZOVE MATRIKE Aleksandar Jurišić Politehnika Nova Gorica in IMFM Vipavska 13, p.p. 301, Nova Gorica Slovenija Štefko Mi

Slide 1

Matematika II (UN) 1. kolokvij (13. april 2012) RE ITVE Naloga 1 (25 to k) Dana je linearna preslikava s predpisom τ( x) = A x A 1 x, kjer je A

Vrste

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Katja Ciglar Analiza občutljivosti v Excel-u Seminarska naloga pri predmetu Optimizacija v fina

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-avgust-17.dvi

3. Preizkušanje domnev

Osnove matematicne analize 2018/19

Matematika Diferencialne enačbe prvega reda (1) Reši diferencialne enačbe z ločljivimi spremenljivkami: (a) y = 2xy, (b) y tg x = y, (c) y = 2x(1 + y

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/testi in izpiti/ /IZPITI/FKKT-februar-14.dvi

2. izbirni test za MMO 2017 Ljubljana, 17. februar Naj bosta k 1 in k 2 dve krožnici s središčema O 1 in O 2, ki se sekata v dveh točkah, ter

Matematika II (UNI) Izpit (23. avgust 2011) RE ITVE Naloga 1 (20 to k) Vektorja a = (0, 1, 1) in b = (1, 0, 1) oklepata trikotnik v prostoru. Izra una

Univerza na Primorskem FAMNIT, MFI Vrednotenje zavarovalnih produktov Seminarska naloga Naloge so sestavni del preverjanja znanja pri predmetu Vrednot

Microsoft Word - SI_vaja1.doc

resitve.dvi

6.1 Uvod 6 Igra Chomp Marko Repše, Chomp je nepristranska igra dveh igralcev s popolno informacijo na dvo (ali vec) dimenzionalnem prostoru

resitve.dvi

ANALITIČNA GEOMETRIJA V RAVNINI

5 SIMPLICIALNI KOMPLEKSI Definicija 5.1 Vektorji r 0,..., r k v R n so afino neodvisni, če so vektorji r 1 r 0, r 2 r 0,..., r k r 0 linearno neodvisn

Verjetnost in vzorčenje: teoretske porazdelitve standardne napake ocenjevanje parametrov as. dr. Nino RODE prof. dr. Blaž MESEC

Statistika, Prakticna matematika, , izrocki

glava.dvi

FGG14

ENV2:

Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Kristjan Ažman Identifikacija dinamičnih sistemov z Gaussovimi procesi z vključenimi linearnimi model

LaTeX slides

1 Diskretni naklju ni vektorji 1 1 Diskretni naklju ni vektorji 1. Dopolni tabelo tako, da bosta X in Y neodvisni. X Y x x x x x

Osnove verjetnosti in statistika

UM FKKT, Bolonjski visoko²olski program Kemijska tehnologija Vpisna ²tevilka Priimek, ime 3. test pri predmetu MATEMATIKA II Ra unski del

Poslovilno predavanje

rm.dvi

LaTeX slides

Strojna oprema

Linearna algebra - povzetek vsebine Peter Šemrl Jadranska 21, kabinet 4.10 Izpitni režim: Kolokviji in pisni izpiti so vsi s

Microsoft Word - UP_Lekcija04_2014.docx

Kein Folientitel

Microsoft PowerPoint _12_15-11_predavanje(1_00)-IR-pdf

PowerPoint Presentation

Teorija kodiranja in kriptografija 2013/ AES

4. tema pri predmetu Računalniška orodja v fiziki Ljubljana, Grafi II Jure Senčar

(Microsoft Word - 3. Pogre\232ki in negotovost-c.doc)

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-junij-17.dvi

POPOLNI KVADER

1. izbirni test za MMO 2018 Ljubljana, 16. december Naj bo n naravno število. Na mizi imamo n 2 okraskov n različnih barv in ni nujno, da imam

Rešene naloge iz Linearne Algebre

Urejevalna razdalja Avtorji: Nino Cajnkar, Gregor Kikelj Mentorica: Anja Petković 1 Motivacija Tajnica v posadki MARS - a je pridna delavka, ampak se

MAGIČNI KVADRATI DIMENZIJE 4n+2

C:/Users/Matevz/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-januar-februar-15.dvi

RAM stroj Nataša Naglič 4. junij RAM RAM - random access machine Bralno pisalni, eno akumulatorski računalnik. Sestavljajo ga bralni in pisalni

IND-L Zakon o državni statistiki (Uradni list RS, št. 45/95 in št. 9/01) Letni program statističnih raziskovanj za leto 2011 (Uradni list RS, št. 92/1

M

IND/L Zakon o državni statistiki (Uradni list RS, št. 45/1995 in št. 9/2001) Letni program statističnih raziskovanj (Uradni list RS, št. 97/2013) Spor

Microsoft Word - Seštevamo stotice.doc

Matematika II (UN) 2. kolokvij (7. junij 2013) RE ITVE Naloga 1 (25 to k) ƒasovna funkcija f je denirana za t [0, 2] in podana s spodnjim grafom. f t

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO Petra Žigert Pleteršek MATEMATIKA III Maribor, september 2017

predstavitev fakultete za matematiko 2017 A

6.6 Simetrični problem lastnih vrednosti Če je A = A T, potem so lastne vrednosti realne, matrika pa se da diagonalizirati. Schurova forma za simetrič

DN5(Kor).dvi

11. Navadne diferencialne enačbe Začetni problem prvega reda Iščemo funkcijo y(x), ki zadošča diferencialni enačbi y = f(x, y) in začetnemu pogo

(Microsoft PowerPoint - vorsic ET 9.2 OES matri\350ne metode 2011.ppt [Compatibility Mode])

STATISTIKA - zbiranje podatkov - obdelava podatkov - analiza in prikaz podatkov Z besedo statistika označujemo sistematično zbrane številske podatke.

PREDMETNI KURIKULUM ZA RAZVOJ METEMATIČNIH KOMPETENC

GeomInterp.dvi

MERE SREDNJE VREDNOSTI

Mladi za napredek Maribora srečanje DOLŽINA»SPIRALE«Matematika Raziskovalna naloga Februar 2015

FGG02

ELEKTRIČNI NIHAJNI KROG TEORIJA Električni nihajni krog je električno vezje, ki služi za generacijo visokofrekvenče izmenične napetosti. V osnovi je "

Diapozitiv 1

2. LINEARNA ALGEBRA

Microsoft PowerPoint - p_TK_inzeniring_1_dan_v5_shortTS.ppt [Compatibility Mode]

ŠTEVCI PROMETA IN NJIHOVA UPORABA ZA NAMENE STATISTIK ČRT GRAHONJA

IZLETI V MATEMATIČNO VESOLJE Ali so fantje bolj nadarjeni za matematiko kot dekleta? Arjana Brezigar Masten UP FAMNIT in UMAR 1

10. Meritev šumnega števila ojačevalnika Vsako radijsko zvezo načrtujemo za zahtevano razmerje signal/šum. Šum ima vsaj dva izvora: naravni šum T A, k

Microsoft PowerPoint - cigre_c2_15.ppt [Compatibility Mode]

Microsoft Word - CelotniPraktikum_2011_verZaTisk.doc

Microsoft Word - SI_vaja5.doc

Delavnica Načrtovanje digitalnih vezij

Microsoft Word - M docx

Ime in priimek

Microsoft Word - avd_vaje_ars1_1.doc

Lehmerjev algoritem za racunanje najvecjega skupnega delitelja

Mrežni modeli polimernih verig Boštjan Jenčič 22. maj 2013 Eden preprostejših opisov polimerne verige je mrežni model, kjer lahko posamezni segmenti p

Osnove verjetnostne metode doc. dr. R. Škrekovski Oddelek za Matematiko Fakulteta za Matematiko in Fiziko Univerza v Ljubljani

Transkripcija:

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULEA ZA MAEMAIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Statistika Pisni izpit 6 julij 2018 Navodila Pazljivo preberite besedilo naloge, preden se lotite reševanja Za pozitiven rezultat morate zbrati vsaj 45 točk od 100 možnih Veliko uspeha! Naloga a b c d 1 2 3 4 Skupaj REˇSIVE

1 25 Pogojno varianco vektorja Y glede na vektor definiramo kot vary 1 covy 1, Y 2 covy 1, Y n var Y = covy n, Y 1 covy n, Y 2 vary n Naj bosta, Y slučajna vektorja in naj za ρ 1, 1 velja µ1 I ρi N, Y ν1 ρi I Za pare 1, Y 1,, n, Y n to pomeni, da so neodvisni in porazdeljeni dvorazsežno normalno z E k = µ, EY k = ν, var k = vary k = 1 ter cov k, Y k = ρ za k = 1, 2,, n in ρ 1, 1 a 5 Pokažite, da v splošnem velja varay = A vary A za vsako slučajno matriko A primernih dimenzij, ki je odvisna le od Rešitev: Formulo izpeljemo na enak način kot sorodno nepogojno formulo, pri čemer upoštevamo linearnost pogojne pričakovane vrednosti Najprej izpeljemo, da za vsako slučajno matriko B primernih dimenzij velja EAB = A EB Za ta namen označimo A 11 A 1n B 11 B 1p A =, B =, A m1 A mn B n1 B np C 11 C 1p C = AB = C m1 C mp Velja C ik = n j=1 A ijb jk Iz linearnosti pogojne pričakovane vrednosti in dejstva, da so slučajne spremenljivke A ij odvisne le od, dobimo EC ik = EA ij B jk = j=1 A ij EB jk j=1 Leva stran je natančno element, ki je v i-ti vrstici in k-tem stolpcu slučajne matrike EC = EAB, desna stran pa je natančno element, ki je v i-ti vrstici in k-tem stolpcu slučajne matrike A EB Formula sledi 2

Ustrezna enakost velja tudi za množenje z A z desne strani, saj je [ A EMA = E M ] = [E A M ] = [A E M ] = EM A Končno lahko izpeljemo zahtevano formulo: velja varay = E AY AY EAY EAY = E AY Y A EAY EAY = A EY Y A A EY A EY = A EY Y A A EY EY A = A EY Y EY EY A = A vary A b 5 Izračunajte vary k 1,, n in covy k, Y l 1,, n za k l Rešitev: Po formulah za večrazsežno normalno porazdelitev je Y =x N ν1 + ρ x µ1, 1 ρ 2 I Iz tega preberemo vary k 1,, n = 1 ρ 2 in covy k, Y l 1,, n = 0 c 10 Naj bo = 1 n n k in Ȳ = 1 n n Y k Naj bo R = 1 n k Y k Ȳ Izračunajte ER 1,, n in varr 1,, n Namig: zapišete lahko z idempotentno matriko R = 1 n HY H = I 1 n 11 Rešitev: 3

Prvi način: z uporabo namiga Iz prejšnje točke razberemo EY = ν ρµ1 + ρ Z uporabo prvega koraka pri rešitvi točke a in upoštevajoč, da je H1 = 0, izračunamo ER = 1 n H EY = ρ n H = ρ k n 2 Nadalje je varr 1,, n = 1 n 2 H var Y H = 1 ρ2 n 2 = 1 ρ2 n 2 H k 2 Drugi način: po komponentah Iz prejšnje točke razberemo Z uporabo linearnosti dobimo torej Sledi kar je isto kot prej EY k 1,, n = ν + ρ k µ EȲ 1,, n = ν + ρ µ, EY k Ȳ 1,, n = ρ k, ER 1,, n = ρ n k 2, Za izračun variance pa opazimo, da je R = n k Y k Upoštevajoč, da so Y 1,, Y n pogojno nekorelirane, dobimo varr 1,, n = 1 n 2 kar je spet isto kot prej d 5 Izračunajte varr Rešitev: Uporabimo formulo k 2 vary k 1,, n = = 1 ρ2 n 2 k 2, varr = E [ varr ] + var [ ER ] 4

in dejstvo, da je k 2 χ 2 n 1 Iz pričakovane vrednosti porazdelitve hi kvadrat dobimo iz variance te porazdelitve pa E [ varr ] = 1 ρ2 n 2 n 1, var [ ER ] = ρ2 2n 1 n2 Sledi varr = 1 + ρ2 n 1 n 2 5

2 25 Privzemite, da vsaki enoti v populaciji velikosti N pripadata dve vrednosti statističnih spremenljivk in Y Označite vrednosti z x 1, y 1,, x N, y N Privzemite, da sta populacijsko povprečje in populacijska varianca spremenljivke znani, ter ju označite z µ in σ 2 Iz populacije izberemo enostavni slučajni vzorec velikosti n Označite vrednosti spremenljivk za vzorčne enote z 1, Y 1,, n, Y n Iz zgoraj povedanega izhaja, da je E k = µ in var k = σ 2 za k = 1, 2,, n a 10 Označite c = cov 1, Y 1 Izračunajte cov k, Y l za k l Namig: kaj je cov k, Y 1 + Y 2 + + Y N? Rešitev: Zaradi simetrije so kovariance cov k, Y l enake za vse k l Kovarianca v namigu je 0, ker je druga vsota konstanta Iz bilinearnosti za kovariance sledi cov k, Y k + N 1 cov k, Y l = 0, torej cov k, Y l = c N 1 b 10 Privzemite, da je kovarianca c = cov 1, Y 1 znana Oceniti želimo populacijsko povprečje µ Y spremenljivke Y Predlagana je naslednja cenilka: Ỹ = Ȳ c σ µ 2 Pokažite, da je cenilka nepristranska, in izračunajte njeno varianco Rešitev: Nepristanskost sledi iz nepristranskosti cenilk in pričakovane vrednosti Računamo Ȳ ter linearnosti varỹ c2 = varȳ + var σ 2c covȳ 4 σ, 2 = σ2 Y n N n N 1 + c2 σ2 σ 4 n N n N 1 2c n 2 σ 2 = N n N 1 1 n σ 2Y c2 σ 2 nc n 2 n c N 1 c 5 Privzemite, da je c = cov 1, Y 1 znana Je cenilka Ỹ vedno boljša od cenilke Ȳ? Utemeljite odgovor Rešitev: Obe cenilki sta nepristranski, tako da lahko primerjamo njuni varianci Varianca cenilke Ỹ je očitno vedno manjša ali enaka, enakost pa velja natanko tedaj, ko je c = 0 6

3 25 Opazimo vrednosti x 1, y 1, x 2, y 2,, x n, y n, ki so vse neodvisne realizacije enorazsežne normalne porazdelitve Za k = 1, 2,, n vrednosti x k in y k izhajata iz Nµ k, σ 2 Za različne k so torej pričakovane vrednosti lahko različne, medtem ko morajo biti vse variance enake a 10 Poiščite cenilke parametrov µ 1,, µ n in σ po metodi največjega verjetja Rešitev: Logaritemska funkcija verjetja je lµ 1,, µ n, σ x 1,, x n, y 1,, y n x k µ k 2 + y k µ k 2 = 2n log σ n log2π 2σ 2 in parcialni odvodi so l µ i = 2µ k x k y k σ 2, l σ = 2n σ + x k µ k 2 + y k µ k 2 σ 3 Izenačimo z nič in po krajšem računu dobimo cenilke ˆµ k = x k + y k 2, ˆσ = [ 1 4n ] 1/2 x k y k 2 b 10 Katere od cenilk za µ 1,, µ k in σ 2 ne σ po metodi največjega verjetja so nepristranske? Morebitne pristranske popravite tako, da bodo nepristranske Rešitev: Če opažene vrednosti x 1,, x n, y 1,, y k nadomestimo z ustreznimi slučajnimi spremenljivkami 1,, n, Y 1,, Y k, velja E k = EY k = µ k, torej je tudi Eˆµ k = µ k Cenilke za µ k so torej nepristranske Cenilka za σ 2 po metodi največjega verjetja je seveda ˆσ 2 = 1 4n x k y k 2 Ker je k Y k N0, 2σ 2, je E [ k Y k 2] = var k Y k = 2σ 2, torej je Eˆσ 2 = σ 2 /2 Cenilka za σ 2 je torej pristranska in ni niti asimptotično nepristranska kar pomeni, da niti dosledna ni Lahko pa jo popravimo v nepristransko cenilko σ 2 = 1 x k y k 2 2n c 5 Izračunajte variance vseh nepristranskih cenilk iz prejšnje točke Namig: varianca kvadrata standardne normalne slučajne spremenljivke je enaka 2 7

Rešitev: Velja varˆµ k = var k + vary k 4 = σ2 2 Nadalje iz namiga sklepamo, da je var [ k Y k 2] = 8σ 4, od koder dobimo var σ 2 = 2σ4 n Ko gre n proti neskončno, gre to gre proti nič, kar pomeni, da je σ 2 dosledna cenilka za σ 2 o velja tudi za σ kot cenilko za σ 8

4 25 Predpostavite, da je pravi regresijski model Y = β + ɛ za Eɛ = 0 in varɛ = σ 2 I Privzemite, da je matrika dimenzij n m z m < n in s polnim rangom Označite z ˆβ cenilko β po metodi najmanjših kvadratov Kot znano privzemite lemo za inverz bločne matrike: če je matrika oblike Σ11 Σ 12, Σ 21 Σ 22 je levi zgornji kot inverza enak Σ 11 = Σ 1 11 + Σ 1 11 Σ 12 Σ22 Σ 21 Σ 1 11 Σ 12 1 Σ21 Σ 1 11, spodnji desni kot pa Σ 22 = Σ 22 Σ 21 Σ 1 11 Σ 12 1 a 10 Privzemite, da pri modeliranju pozabimo del neodvisnih spremenljivk Privzamemo torej, da so opazovane vrednosti nastale v skladu z napačno enačbo Y = 1 β 1 + ɛ, kjer je = [ 1 ; 2 ] ter še Eɛ = 0 in varɛ = σ 2 I Pišimo β = β1 β 2 V skladu z napačnim modelom ocenimo β 1 z ˆβ 1 = 1 1 1 1 Y Naj bo ˆβ 1 najboljša linearna nepristranska cenilka za β 1 v pravilnem modelu Pokažite, da je var ˆβ 1 var ˆβ 1 = σ 2 AB 1 A, kjer je A = 1 1 1 1 2 in B = 2 2 2 1 A Rešitev: Pri izračunu variance natančneje, kovariančne matrike cenilke β 1 moramo upoštevati pravi model Y = β + ɛ = 1 β 1 + 2 β 2 + ɛ, torej ˆβ 1 = 1 1 1 1 1 β 1 + 2 β 2 + ɛ Ker je 1 β 1 + 2 β 2 modeliran kot determinističen čeprav neznan vektor, ga lahko pri izračunu variance zanemarimo Velja torej var ˆβ 1 = 1 1 1 1 1 varɛ 1 1 1 Upoštevajoč, da je varɛ = σ 2 I, po krajšem računu dobimo var ˆβ 1 = σ 2 1 1 1 9

Za izračun variance najboljše linearne nepristranske cenilke v pravem modelu pa lahko porabimo teorijo linearne regresije: to je levi zgornji blok matrike σ 2 1 Velja = 1 2 1 2 = 1 1 1 2 2 1 2 2 Vstavimo v formulo za inverz bločne matrike in dobimo var [ ˆβ1 = σ 2 1 1 1 + 1 1 1 1 2 ] 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 Primerjamo z definicijama matrik A in B in vidimo, da je to res enako 1 1 1 + AB 1 A b 15 Utemeljite, da je matrika AB 1 A pozitivno semi-definitna, kar pomeni, da ima lahko ˆβ 1 manjšo varianco kot ˆβ 1 Zakaj to ni v nasprotju z izrekom Gauss Markova? Namig: če je C pozitivno definitna, je tudi C 1 pozitivno definitna Poleg tega je tudi vsak minor pozitivno definitne matrike pozitivno definiten Rešitev: Ker je AB 1 A u, u = B 1 A u, A u, je dovolj dokazati, da je matrika B 1 pozitivno definitna Slednja pa se po namigu ujema s spodnjim desnim blokom, torej minorjem matrike 1 Ker je pozitivno definitna, to velja tudi za njen inverz in njen minor Po izreku Gauss Markova ima ˆβ 1 najmanjšo varianco med vsemi linearnimi nepristranskimi cenilkami za β 1 Cenilka ˆβ 1 ima lahko manjšo varianco, ker je lahko pristranska Velja namreč E ˆβ 1 = 1 1 1 1 1 β 1 + 2 β 2 = β1 + 1 1 1 1 2 β 2 10