المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
{افان مات او قتل انقلبتم على اعقابكم}
2024-11-24
العبرة من السابقين
2024-11-24
تدارك الذنوب
2024-11-24
الإصرار على الذنب
2024-11-24
معنى قوله تعالى زين للناس حب الشهوات من النساء
2024-11-24
مسألتان في طلب المغفرة من الله
2024-11-24

الرافعـة المـشتركـة Joint or Combined Leverage
2023-07-07
الرسول الكريم (صلى الله عليه واله) يصف الخوارج
10-12-2014
علة تجريم التعذيب والوقاية منه
9/12/2022
شرائط الذمّة
12-9-2016
معنى كلمة ثبى‌
15-11-2015
مقياس الجهارة decibel meter
2-8-2018

Sample Variance Distribution  
  
1289   03:30 مساءً   date: 24-2-2021
Author : Kenney, J. F. and Keeping, E. S
Book or Source : Mathematics of Statistics, Pt. 2, 2nd ed. Princeton, NJ: Van Nostrand, 1951.
Page and Part : ...


Read More
Date: 1-5-2021 1240
Date: 13-2-2021 1303
Date: 6-2-2016 2182

Sample Variance Distribution

Let N samples be taken from a population with central moments mu_n. The sample variance m_2 is then given by

 m_2=1/Nsum_(i=1)^N(x_i-m)^2,

(1)

where m=x^_ is the sample mean.

The expected value of m_2 for a sample size N is then given by

 <s^2>=<m_2>=(N-1)/Nmu_2.

(2)

Similarly, the expected variance of the sample variance is given by

<var(s^2)> = <var(m_2)>

(3)

= ((N-1)^2)/(N^3)mu_4-((N-1)(N-3)mu_2^2)/(N^3)

(4)

(Kenney and Keeping 1951, p. 164; Rose and Smith 2002, p. 264).

The algebra of deriving equation (4) by hand is rather tedious, but can be performed as follows. Begin by noting that

 var(x)=<x^2>-<x>^2,

(5)

so

 var(s^2)=<s^4>-<s^2>^2.

(6)

The value of <s^2> is already known from equation (◇), so it remains only to find <s^4>. The algebra is simplified considerably by immediately transforming variables to  and performing computations with respect to these central variables. Since the variance does not depend on the mean mu of the underlying distribution, the result obtained using the transformed variables will give an identical result while immediately eliminating expectation values of sums of terms containing odd powers of x_i (which equal 0). To determine <s^4>, expand equation (6) to obtain

<s^4> = <(s^2)^2>

(7)

= <(<x^2>-<x>^2)^2>

(8)

= <[1/Nsumx_i^2-(1/Nsumx_i)^2]^2>

(9)

= 1/(N^2)<(sumx_i^2)^2>-2/(N^3)<sumx_i^2(sumx_i)^2>+1/(N^4)<(sumx_i)^4>.

(10)

Working on the first term of (10),

<(sumx_i^2)^2> = <sumx_i^4+sum_(i!=j)x_i^2x_j^2>

(11)

= <sumx_i^4>+<sum_(i!=j)x_i^2x_j^2>

(12)

= N<x_i^4>+N(N-1)<x_i^2><x_j^2>

(13)

= Nmu_4+N(N-1)mu_2^2.

(14)

The second term of (◇) is given by

<sumx_i^2(sumx_j)^2> = <sumx_i^4+sum_(i!=j)x_i^2x_j^2+2sum_(i!=j)x_i^3x_j+sum_(i!=j!=k)x_i^2x_jx_k>

(15)

= Nmu_4+N(N-1)mu_2^2,

(16)

and the third term by

<(sumx_i)^4> = <sumx_i^4+3sum_(i!=j)x_i^2x_j^2+4sum_(i!=j)x_i^3x_j+6sum_(i!=j!=k)x_i^2x_jx_k+sum_(i!=j!=k!=l)x_ix_jx_kx_l>

(17)

= <sumx_i^4>+3<sum_(i!=j)x_i^2x_j^2>

(18)

= Nmu_4+3N(N-1)mu_2^2.

(19)

Plugging (◇)-(19) into (◇) then gives

<s^4> = 1/(N^2)[Nmu_4+N(N-1)mu_2^2]-2/(N^3)[Nmu_4+N(N-1)mu_2^2]+1/(N^4)[Nmu_4+3N(N-1)mu_2^2]

(20)

= (1/N-2/(N^2)+1/(N^3))mu_4+[(N-1)/N-(2(N-1))/(N^2)+(3(N-1))/(N^3)]mu_2^2

(21)

= ((N^2-2N+1)/(N^3))mu_4+((N-1)(N^2-2N+3))/(N^3)mu_2^2

(22)

= ((N-1)[(N-1)mu_4+(N^2-2N+3)mu_2^2])/(N^3)

(23)

(Kenney and Keeping 1951, p. 164). Plugging (◇) and (23) into (◇) then gives

var(s^2) = <s^4>-<s^2>^2

(24)

= ((N-1)[(N-1)mu_4-(N-3)mu_2^2])/(N^3),

(25)

as before.

SampleVarianceDistribution

For a normal distribution, mu_2=sigma^2 and mu_4=3sigma^4, so

m_1(s_(Gaussian)^2) = ((N-1)sigma^2)/N

(26)

m_2(s_(Gaussian)^2) = (2(N-1)sigma^4)/(N^2).

(27)

The third ane fourth moments of s_(Gaussian)^2 are given by

m_3(s_(Gaussian)^2) = (8(N-1)sigma^6)/(N^3)

(28)

m_4(s_(Gaussian)^2) = (12(N-1)(N+3)sigma^8)/(N^4),

(29)

giving the skewness and kurtosis excess of the distribution of the s_(Gaussian)^2 as

gamma_1(s_(Gaussian)^2) = sqrt(8/(N-1))

(30)

gamma_2(s_(Gaussian)^2) = (12)/(N-1),

(31)

as computed by Student. Student also conjectured that the underlying distribution is Pearson type III distribution

 f(s^2)=((N/(2sigma^2))^((N-1)/2))/(Gamma((N-1)/2))(s^2)^((N-3)/2)e^(-Ns^2/(2sigma^2)),

(32)

where Gamma(z) is the gamma function--a conjecture that was subsequently proven by R. A. Fisher. Curves are illustrated above for sigma=1 and N varying from N=1 to 10.


REFERENCES:

Kenney, J. F. and Keeping, E. S. Mathematics of Statistics, Pt. 2, 2nd ed. Princeton, NJ: Van Nostrand, 1951.

Rose, C. and Smith, M. D. Mathematical Statistics with Mathematica. New York: Springer-Verlag, 2002.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.