10970

Различие между двумя выборочными средними

Лекция

Математика и математический анализ

Различие между двумя выборочными средними Пусть дана выборка из значений нормально распределённой СВ и значений нормально распределенной СВ причем Необходимо проверить гипотезу против гипотезы . Заметим что дисперсии и нам известны. Кроме того предположени...

Русский

2013-04-03

173.29 KB

15 чел.

Различие между двумя выборочными средними

Пусть дана выборка из значений нормально распределённой СВ и значений нормально распределенной СВ , причем

Необходимо проверить гипотезу , против гипотезы .

Заметим, что дисперсии и нам известны. Кроме того, предположение относительно нормальности распределения указанных величин не входит в проверяемую гипотезу.

Как было показано раньше, выборочные средние и являются эффективными и несмещенными оценками соответствующих математических ожиданий с соответствующими дисперсиями: .

В качестве статистики (оценки) возьмем:

   (7.1)

В (7.1) мы воспользовались свойством, дисперсия разности равна сумме дисперсий. Статистика , и теперь легко проверить, сравнив с табличными значениями, значимо ли отличается от нуля.

Если дисперсии и неизвестны, то можно воспользоваться объединённой оценкой , полученной из обеих выборок:

   (7.2)

В этом случае мы используем статистику c  степенями свободы:

 (7.3)

Вспомним, что статистика имеет распределение Стьюдента с степенями свободы.

Отметим, что для статистики и можно рассматривать, как двусторонние, так и односторонние критерии.

Пример 7.1. СРАВНЕНИЕ ДВУХ ВЫБОРОЧНЫХ СРЕДНИХ

Имеется 13 мотков пряжи, которые надо исследовать, не изменяются ли при намокании её способность к вытягиванию. Шесть произвольных мотков подвергли испытанию на растяжение, для чего подвешивается груз фиксированной величины. Относительное удлинение мотков (СВ ) приведено в таблице:

1

2

3

4

5

6

12.3

13.7

10.4

11.4

14.9

12.6

Оставшиеся семь мотков были тщательно намочены и подвергнуты испытаниям с теми же грузами:

1

2

3

4

5

6

7

15.7

10.3

12.6

14.5

12.6

13.8

11.9

Подсчитаем:

Требуется проверить, случайно ли полученное различие?

Для этого выдвинем гипотезы . В связи с тем, что дисперсия неизвестна, вычислим объединенную выборочную дисперсию (7.2):

.

Подставим полученные значения в (7.3):

По таблицам распределения Стьюдента для одиннадцати степеней свободы определяем, что вероятность того, что отличается от нулевого среднего в любую сторону более чем на равна 0.6. Поэтому нет оснований считать полученный результат необычным. Т.е. обнаруженная разница незначима, и верна гипотеза .

Критерий Фишера

Критерий Фишера применяется при проверке гипотезы о равенстве дисперсий двух генеральных совокупностей, распределенных по нормальному закону. Гипотезы о дисперсиях возникают довольно часто, так как дисперсия характеризует такие исключительно важные показатели, как точность машин, приборов, технологических процессов, степень однородности совокупностей, риск, связанный с отклонением доходности активов от ожидаемого уровня, и т.д.

Сформулируем задачу. Пусть имеются две нормально распределенные совокупности, дисперсии которых равны  и . Необходимо проверить нулевую гипотезу о равенстве дисперсий, т.е. : относительно конкурирующей  или .

Для проверки гипотезы  из этих совокупностей взяты две независимые выборки объемом  и . Так как оценки дисперсий  и  нам неизвестны, воспользуемся несмещенными выборочными оценками дисперсий  и .

Тогда при справедливости гипотезы : в качестве оценки  можно взять те же дисперсии  и , рассчитанные по элементам первой и второй выборок.

Известно, что выборочные характеристики  и  имеют распределение  соответственно с  и  степенями свободы, а их отношение  имеет  распределение
Фишера – Снедекора с
 и  степенями свободы. Следовательно, случайная величина , определяемая отношением:

,    (7.4)

т.е. отношение несмещенных выборочных дисперсий имеет
 распределение Фишера – Снедекора с   и  степенями свободы.

Очевидно, что при равенстве дисперсий величина критерия будет равна единице. В остальных случаях она будет больше (меньше) единицы. При формировании критерия отклонения (принятия) гипотезы  следует учесть, что распределение статистики  (в отличие от нормального или распределения Стьюдента является несимметричным.)

Критерий Фишера  – двусторонний критерий, и нулевая гипотеза принимается (отвергается альтернативная гипотеза ) если . Здесь  и , где – объем первой и второй выборки соответственно.

На рис. 7.1 приведено распределение . При проверке одностороннего критерия гипотеза  отвергается в пользу альтернативной гипотезы  если  – левосторонняя критическая область (рис. 7.1а), либо если  – правосторонняя критическая область (рис. 7.1б), либо если  или  – в случае двусторонней критической области (рис. 7.1в).

Рис. 7.1 Критические области распределения Фишера – Снедекора.

Замечание. Для  критерия доказана справедливость соотношения:

.   (7.5)

Пример 7.2. СРАВНЕНИЕ ДИСПЕРСИЙ ДВУХ ВЫБОРОК

Пусть поставлена задача, сравнить эффективности обучения двух групп студентов по разным методикам. Успеваемость студентов – случайные величины  и  соответственно, подчинена нормальному закону распределению. В первой группе обучалось  студентов, а во второй – . Качество обучения (эффективность) характеризуется дисперсией. По данным двух выборок (групп) рассчитаны выборочные несмещенные дисперсии  и . Задавая уровень значимости , выясним, можно ли считать эффективности обучения двух методик одинаковыми.

Выдвинем нулевую гипотезу , т.е. эффективности обучения двух различных методик – одинаковы. В качестве альтернативной гипотезы рассмотрим .

Вычислим  (в числителе должна быть большая дисперсия), . По таблицам (STATISTICAProbability Distribution Calculator) находим критическое значение (правосторонняя область см. рис. 7.1б) , которое меньше вычисленного. Следовательно, нулевая гипотеза должна быть отвергнута в пользу альтернативы  . Таким образом, эффективность второй методики значительно выше (дисперсия меньше), чем первой.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78945. Формирование рационал. метода исследования 30.5 KB
  Мышление осуществляющийся в ходе практики активный процесс обобщенного и опосредованного отражения действительности обеспечивающий раскрытие на основе чувственных данных ее закономерных связей и их выражение в системе абстракций понятий категорий и др. Человеческое мышление осуществляется в теснейшей связи с речью а его результаты фиксируются в языке как определенной знаковой системе которая может быть естественной или искусственной язык математики формальной логики химические формулы и т. Что такое мышление и каковы его основные...
78946. Общие проблемы структуры научного знания 26 KB
  С точки зрения взаимодействия объекта и субъекта научного познания последнее включает в себя четыре необходимых компонента в их единстве: а Субъект науки ключевой ее элемент: отдельный исследователь научное сообщество научный коллектив и т. в Система методов и приемов характерных для данной науки или научной дисциплины и обусловленных своеобразием их предметов. Выявление структуры науки в этом ее аспекте ставит проблему классификации наук. По предмету и методам познания выделяют науки о природе естествознание об обществе ...
78948. Роль государства в управлении научно-техническим потенциалом 43 KB
  Четко проступает ряд новых сформировавшихся за последние десятилетия тенденций во взаимоотношениях науки и государства внутри самой сферы науки между отдельными ее составляющими и наконец между наукой и обществом в целом. Государство выступает сегодня по отношению к науке по крайней мере в шести ипостасях: как законодатель устанавливающий фундаментальные правовые основы функционирования общества и в том числе его научнотехнической сферы; как один из основных источников финансирования научных исследований и разработок; как массовый...
78950. Этические проблемы науки 20 века 42.5 KB
  Этические проблемы науки 20 века. Этика науки Этика науки изучает нравственные основы научной деятельности.Этические проблемы науки начала ХХ1в. Этические проблемы науки рождались в связи с развитием физики биологии в частности генетики психологии.
78951. Правовое регулирование научной деятельности 38 KB
  Правовое регулирование научной деятельности Одним из фундаментальных вопросов современного общества является вопрос об отношении к интеллектуальному труду правовому механизму использования результатов такого труда и регулирования возникающих при этом правоотношений. Правовые аспекты интеллектуальной деятельности лежат в плоскости решения проблем распределения прав на ее результаты с необходимостью охраны и защиты интеллектуальных достижений. Продуктом умственной деятельности оказывается знание. №982 Об использовании результатов...
78952. Философия техники (фт), ее генезис, предмет и задачи 47 KB
  Философия техники фт ее генезис предмет и задачи. Проблема возникновения техники с разделением труда была поставлена Гегелем. Он показал важную роль техники в возникновении капитализма показал разрушительное воздействие машинного производства на человека.Ленк назвал Маркса первым философом техники.
78953. Становление, развитие и специфика технических наук 56.5 KB
  Становление развитие и специфика технических наук. Техника большую часть своей истории была мало связана с наукой; люди могли делать и делали устройства не понимая почему они так работают. Инженеры провозглашая ориентацию на науку в своей непосредственной практической деятельности руководствовались ею незначительно. После многих веков такой автономии наука и техника соединились в XVII веке в начале научной революции.