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1[사회조사분석사 2급 필기] 19년 3회차
정규모집단 N(μ,σ2)에서 추출한 확률표본 X1,X2,...Xn의 표본분산 S2=1n−1∑i=1n(Xi−X‾)2S^2=\dfrac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(X_i-\overline{X})^2에 대한 설명으로 옳은 것은?
1
S2은 σ2의 불편추정량이다.
2
S는 σ의 불편추정량이다
3
S2은 카이제곱분포를 따른다.
4
S2의 기댓값은 σ2/n이다.
해설

표본분산 S2=1n−1∑i=1n(Xi−X‾)2S^2=\dfrac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(X_i-\overline{X})^2은 모분산 σ2\sigma^2의 불편추정량이다.

편차제곱합의 기댓값이 E[∑i=1n(Xi−X‾)2]=(n−1)σ2E\left[\sum_{i=1}^{n}(X_i-\overline{X})^2\right]=(n-1)\sigma^2이므로, 자유도 n−1n-1로 나누면 E(S2)=σ2E(S^2)=\sigma^2이 되어 편향이 0이 된다. n으로 나누면 모분산을 과소추정하기 때문에 n-1을 쓰는 것이다.

  • 표준편차는 제곱근이라는 비선형 변환을 거치므로 불편성이 보존되지 않아 E(S)≠σE(S)\neq\sigma, 즉 S는 σ의 불편추정량이 아니다.
  • 카이제곱분포를 따르는 것은 S2 자체가 아니라 (n−1)S2σ2\dfrac{(n-1)S^2}{\sigma^2}이며 자유도는 n−1n-1이다.
  • S2의 기댓값은 σ2\sigma^2이고, σ2/n\sigma^2/n은 표본평균의 분산 Var(X‾)\mathrm{Var}(\overline{X})이다.

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