確率の不等式と多重観測の事例との関係のレンズを通して見ると、この結果はそれほど不可能ではないように見えるかもしれませんし、少なくとも、もっともらしいと思われるかもしれません。
ましょうとおよび不明。に対してと書くことができます。μ σ 2 X = σ Z + μ Z 〜N(0 、1 )X∼N(μ,σ2)μσ2X=σZ+μZ∼N(0,1)
主な主張:は、信頼区間です。ここで、は、1次のカイ二乗分布のレベルの分位数です。自由。さらに、この間隔は場合に正確にカバレッジを持つため、一部のに対して形式の可能な限り狭い間隔になります。(1 - α )σ 2 、Q α α (1 - α )μ = 0 [ 0 、B X 2)B ∈ R[0,X2/qα)(1−α)σ2qαα (1−α)μ=0[0,bX2)B ∈ R
楽観的な理由
の場合、の典型的な信頼区間は
であることを思い出してください
ここでは、自由度のカイ2乗のレベルの分位数です。もちろん、これは当てはまります。これは最も一般的な間隔(明らかな理由から等間隔間隔と呼ばれます)ですが、唯一の間隔でも最小幅の間隔でもありません!明らかなように、別の有効な選択は
T = Σ N I = 1(X I - ˉ X)2(1 - α )σ 2 ( TN ≥ 2T= ∑ni = 1(X私− X¯)2 (1 - α )σ2QのK 、 k個のμ ( 0 、T
( TqN - 1 、(1 - α )/ 2、Tqn − 1 、α / 2)、
qk 、aakμ( 0、Tqn − 1 、α)。
、以来、、次に
少なくともカバレッジもあります。( 0 、Σ N iが= 1 X 2 IをT≤ Σni = 1バツ2私(1 - α )
( 0、 ∑ni = 1バツ2私qn − 1 、α)、
(1 - α )
この観点から見ると、メインクレームの間隔がに対して真であると楽観的になるかもしれません。主な違いは、単一の観測値の場合、ゼロ自由度カイ2乗分布がないため、1自由度の分位数を使用することを期待する必要があります。n = 1
目的地に向かって半歩(右尾を活用)
主な主張の証拠に飛び込む前に、まず、それほど強くないか、統計的に満足できる予備的な主張を見てみましょう。以下の主な申し立ての証拠までスキップできますが、損失はほとんどありません。このセクションと次のセクションでは、証明は(わずかに微妙ですが)基礎的な事実のみに基づいています。すなわち、確率の単調性、および正規分布の対称性と単峰性です。
補助クレーム:は、限り、信頼区間です。ここで、は標準法線のレベルの分位数です。(1 - α )σ 2 α > 1 / 2 Z α α[ 0 、X2/ z2α)(1 - α )σ2α > 1 / 2zαα
証明。および対称性により、以下では一般性を失うことなくを取ることができます。ここで、および場合、
したがってでは、
これはに対してのみ機能します。これは必要なためです。| σ Z + μ | d = | - σ Z + μ | μ ≥ 0 θ ≥ 0 μ ≥ 0 P(| X | > θ )≥ P(X > θ )= P(σ Z + μ > θ )≥ P(Z| バツ| = | −X|| σZ+ μ | =d| -σZ+ μ |μ ≥ 0θ ≥ 0μ ≥ 0θ = Z α σ P(0 ≤ σ 2 < X 2 / Z 2 α)≥ 1 - α
P( | X| >θ)≥ P(X> θ )= P(σZ+ μ > θ )≥ P(Z> θ / σ)、
θ = zασα > 1 / 2 Z α > 0P(0≤ σ2< X2/ z2α)≥ 1 - α。
α > 1 / 2zα> 0
これは、補助的な主張を証明しています。実例であるが、動作するのにとてつもなく大きなを必要とするため、統計的な観点からは不満である。α
主な主張の証明
上記の引数を改良すると、任意の信頼レベルで機能する結果が得られます。まず、であることに注意してください
設定する及び。次に、
固定ごとに
右側がで増加することを示すことができれば、前の引数と同様の引数を使用できます。平均が増加すると、を超えるモジュラスを持つ値が表示される可能性が高くなると信じたいため、これは少なくとももっともらしいです。A = μ / σ ≥ 0 、B = θ / σ ≥ 0 P(| Z + | > B )= Φ (- B )+ Φ (- - B )
P( | X| >θ)= P( | Z+ μ / σ| >θ / σ)。
a = μ / σ≥ 0b = θ / σ≥ 0a b bP( | Z+ a | > b )= Φ (a − b )+ Φ (− a − b )。
abb。(ただし、左テールで質量がどれだけ速く減少するかに注意する必要があります!)
セット。次に、
なおと正のための、で減少している。現在、場合、であることが簡単にわかります。これらの事実をまとめると
、すべてのおよび任意の固定についてを簡単に暗示し
。、F ' 、B()= φ (- B )- φ (- - B )= φ (- B )- φ (a + b )fb(a )= Φ (a − b )+ Φ (− a − b )f ′ b
f′b()= φ (- B )- φ (- - B )= φ (- B )- φ (+のB )。
、U φ (U )U A ∈ (0 、2 B )φ (- B )≥ φ (- B )= φ (B )F ' B()≥ 0 、A ≥ 0 B ≥ 0f′b(0 )= 0あなたはφ (u )あなたは∈ (0 、2 B )φ (- B )≥ φ (- B )= φ (B )f′b(A )≥ 0
≥ 0B ≥ 0
したがって、および、
、B ≥ 0 P(| Z + | > B )≥ P(| Z | > bが)= 2 Φ (- B )≥ 0B ≥ 0
P( | Z+ a | > B )≥ P(| Z| >B)=2Φ(-B)。
このすべてを解き、をとると、を取得します
主な主張を確立します。P(X2>Qασ2)≥P(Z2>Qα)=1-αθ = qα−−√σ
P( X2> qασ2)≥ P(Z2> qα)= 1 - α、
最後に:上記の引数を注意深く読むと、正規分布の対称および単峰性のプロパティのみが使用されていることがわかります。したがって、このアプローチは、コーシー分布やラプラス分布など、対称的な単一モードの位置スケールファミリからの単一の観測から信頼区間を取得する場合にも同様に機能します。