核心概念与定义
13 项
定义
#B
原理
\( \text{总体的分布类型是已知的,仅涉
及总体未知参数的检验称为参数假设检验} \)
定义
#B2
B2
\(
\begin{aligned}
&\text{设总体 }X\text{ 的分布函数为 }F(x),\;F(x)\text{ 的形式一般未知}.\;
(X_{1},X_{2},\dots,X_{n})\text{ 为来自总体 }X\text{ 的简单随机样本,}\\
&\text{相应样本观测值为 }(x_{1},x_{2},\dots,x_{n}).\;\text{参数假设检验的主要步骤可概括如下:}\\[6pt]
&\textbf{1.}\;\text{将实际问题转化为假设检验问题,提出原假设 }H_{0}\text{ 及备择假设 }H_{1}.\\[4pt]
&\textbf{2.}\;\text{在 }H_{0}\text{ 成立的前提下,构造合适的检验统计量 }\\
&\qquad U\;=\;g\bigl(X_{1},X_{2},\dots,X_{n}\bigr),\\
&\text{要求 }U\text{ 的分布完全已知(不含未知参数)}.\\[4pt]
&\textbf{3.}\;\text{给定显著性水平 }\alpha\;(0<\alpha<1),\text{利用 }U\text{ 构造拒绝域 }\mathcal W,\text{使当 }H_{0}\text{ 成立时}\\
&\qquad
P\bigl(\,(X_{1},X_{2},\dots,X_{n})\in\mathcal W\,\bigr)\;=\;P\bigl(U\in\mathcal W\bigr)\;\le\;\alpha.\\
&\text{此即“构造小概率事件” }(X_{1},X_{2},\dots,X_{n})\in\mathcal W.\\[4pt]
&\textbf{4.}\;\text{代入样本数据,计算 }U\text{ 的观测值 }\\
&\qquad
\hat U\;=\;g\bigl(x_{1},x_{2},\dots,x_{n}\bigr).\\
&\text{若 }\hat U\in\mathcal W,\;\text{则拒绝 }H_{0};\;\text{若 }\hat U\notin\mathcal W,\;\text{则接受 }H_{0}.\\
\end{aligned}
\)
定义
#C1
第一步:写出原假设, 备择假设
\[
\boxed{\text{方差已知,均值的检验}}
\]
\[
\begin{array}{c|c|c|c}
\text{原假设 }H_{0} & \text{检验统计量在 }H_{0}\text{ 下的分布} & \text{备择假设 }H_{1} & \text{拒绝域} \\ \hline
\mu=\mu_{0} &
U=\dfrac{\bar X-\mu_{0}}{\sigma/\sqrt n}\sim N(0,1) &
\mu\neq\mu_{0} &
|U|\gt u_{\alpha/2} \\ \\
\mu\ge\mu_{0} &
U=\dfrac{\bar X-\mu_{0}}{\sigma/\sqrt n}\sim N(0,1) &
\mu\lt \mu_{0} &
U\lt -u_{\alpha} \\ \\
\mu\le\mu_{0} &
U=\dfrac{\bar X-\mu_{0}}{\sigma/\sqrt n}\sim N(0,1) &
\mu\gt \mu_{0} &
U\gt u_{\alpha}
\end{array}
\]
定义
#C2
第二步: 确定检验统计量
\[
\boxed{\text{方差未知,均值的检验}}
\]
\[
\begin{array}{c|c|c|c}
\text{原假设 }H_{0} & \text{检验统计量在 }H_{0}\text{ 下的分布} & \text{备择假设 }H_{1} & \text{拒绝域} \\ \hline
\mu=\mu_{0} &
T=\dfrac{\bar X-\mu_{0}}{S/\sqrt n}\sim t(n-1) &
\mu\neq\mu_{0} &
|T|\gt t_{\alpha/2}(n-1) \\ \\
\mu\ge\mu_{0} &
T=\dfrac{\bar X-\mu_{0}}{S/\sqrt n}\sim t(n-1) &
\mu\lt \mu_{0} &
T\lt -t_{\alpha}(n-1) \\ \\
\mu\le\mu_{0} &
T=\dfrac{\bar X-\mu_{0}}{S/\sqrt n}\sim t(n-1) &
\mu \gt \mu_{0} &
T\gt t_{\alpha}(n-1)
\end{array}
\]
定义
#C3
第三步: 根据显著性水平确定拒绝域
\[
\boxed{\text{均值已知,方差的检验}}
\]
\[
\begin{array}{c|c|c|c}
\text{原假设 }H_{0} & \text{检验统计量在 }H_{0}\text{ 下的分布} & \text{备择假设 }H_{1} & \text{拒绝域} \\ \hline
\sigma^{2}\le\sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}=\dfrac{\displaystyle\sum_{i=1}^{n}(X_{i}-\mu)^{2}}{\sigma_{0}^{2}}\sim\chi^{2}(n) &
\sigma^{2}\gt \sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}\gt \chi^{2}_{\alpha}(n) \\ \\
\sigma^{2}\ge\sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}=\dfrac{\displaystyle\sum_{i=1}^{n}(X_{i}-\mu)^{2}}{\sigma_{0}^{2}}\sim\chi^{2}(n) &
\sigma^{2}\lt \sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}\lt \chi^{2}_{1-\alpha}(n) \\ \\
\sigma^{2}=\sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}=\dfrac{\displaystyle\sum_{i=1}^{n}(X_{i}-\mu)^{2}}{\sigma_{0}^{2}}\sim\chi^{2}(n) &
\sigma^{2}\neq\sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}\lt \chi^{2}_{1-\alpha/2}(n)\quad\text{或}\quad
\chi^{2}\gt \chi^{2}_{\alpha/2}(n)
\end{array}
\]
定义
#C4
第四步: 计算检验统计量的观察值
\[
\boxed{\text{均值未知,方差的检验}}
\]
\[
\begin{array}{c|c|c|c}
\text{原假设 }H_{0} & \text{检验统计量在 }H_{0}\text{ 下的分布} & \text{备择假设 }H_{1} & \text{拒绝域} \\ \hline
\sigma^{2}\le\sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}=\dfrac{(n-1)S^{2}}{\sigma_{0}^{2}}\sim\chi^{2}(n-1) &
\sigma^{2}\gt \sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}\gt \chi^{2}_{\alpha}(n-1) \\ \\
\sigma^{2}\ge\sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}=\dfrac{(n-1)S^{2}}{\sigma_{0}^{2}}\sim\chi^{2}(n-1) &
\sigma^{2}\lt \sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}\lt \chi^{2}_{1-\alpha}(n-1) \\ \\
\sigma^{2}=\sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}=\dfrac{(n-1)S^{2}}{\sigma_{0}^{2}}\sim\chi^{2}(n-1) &
\sigma^{2}\neq\sigma_{0}^{2} &
\chi^{2}\lt \chi^{2}_{1-\alpha/2}(n-1)\quad\text{或}\quad
\chi^{2}\gt \chi^{2}_{\alpha/2}(n-1)
\end{array}
\]
定义
#D1
第I类错误(弃真错误):当原假设H0成立时,却拒绝了H0
\[
\boxed{\text{方差已知,均值差的检验}}
\]
\[
\begin{array}{c|c|c|c}
\text{原假设 }H_{0} & \text{检验统计量在 }H_{0}\text{ 下的分布} & \text{备择假设 }H_{1} & \text{拒绝域} \\ \hline
\mu_{1}-\mu_{2}=\delta &
U=\dfrac{\bar X-\bar Y-\delta}{\sqrt{\dfrac{\sigma_{1}^{2}}{n}+\dfrac{\sigma_{2}^{2}}{m}}}\sim N(0,1) &
\mu_{1}-\mu_{2}\neq\delta &
|U|\gt u_{\alpha/2} \\ \\
\mu_{1}-\mu_{2}\le\delta &
U=\dfrac{\bar X-\bar Y-\delta}{\sqrt{\dfrac{\sigma_{1}^{2}}{n}+\dfrac{\sigma_{2}^{2}}{m}}}\sim N(0,1) &
\mu_{1}-\mu_{2}\gt \delta &
U\gt u_{\alpha} \\ \\
\mu_{1}-\mu_{2}\ge\delta &
U=\dfrac{\bar X-\bar Y-\delta}{\sqrt{\dfrac{\sigma_{1}^{2}}{n}+\dfrac{\sigma_{2}^{2}}{m}}}\sim N(0,1) &
\mu_{1}-\mu_{2}\lt \delta &
U\lt -u_{\alpha}
\end{array}
\]
定义
#D22
D22
\[
\boxed{\text{两总体方差相等,配对检验}t\text{ 检验}}
\]
\[
\begin{array}{c|c|c|c}
\text{原假设 }H_{0} & \text{检验统计量在 }H_{0}\text{ 下的分布} & \text{备择假设 }H_{1} & \text{拒绝域} \\ \hline
\mu_{1}-\mu_{2}=\delta &
T=\dfrac{\bar X-\bar Y-\delta}{S_{w}\sqrt{\dfrac{1}{n}+\dfrac{1}{m}}}\sim t\bigl(n+m-2\bigr),\;
S_{w}^{2}=\dfrac{(n-1)S_{1}^{2}+(m-1)S_{2}^{2}}{n+m-2} &
\mu_{1}-\mu_{2}\neq\delta &
|T|\gt t_{\alpha/2}(n+m-2) \\ \\
\mu_{1}-\mu_{2}\le\delta & T\text{ 同上} &
\mu_{1}-\mu_{2}\gt \delta &
T\gt t_{\alpha}(n+m-2) \\ \\
\mu_{1}-\mu_{2}\ge\delta & T\text{ 同上} &
\mu_{1}-\mu_{2}\lt \delta &
T\lt -t_{\alpha}(n+m-2)
\end{array}
\]
定义
#D23
D23
\[
\boxed{\text{两总体方差不相等,大容量}t\text{ 检验}}
\]
\[
\begin{array}{c|c|c|c}
\text{原假设 }H_{0} & \text{检验统计量在 }H_{0}\text{ 下的分布} & \text{备择假设 }H_{1} & \text{拒绝域} \\ \hline
\mu_{1}-\mu_{2}=\delta &
T=\dfrac{\bar Z-\delta}{S_{Z}/\sqrt n}\sim t(n-1),\;
\bar Z=\dfrac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}Z_{i},\;
Z_{i}=X_{i}-Y_{i},\;
S_{Z}^{2}=\dfrac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(Z_{i}-\bar Z)^{2} &
\mu_{1}-\mu_{2}\neq\delta &
|T|\gt t_{\alpha/2}(n-1) \\ \\
\mu_{1}-\mu_{2}\le\delta & T\text{ 同上} &
\mu_{1}-\mu_{2}\gt \delta &
T\gt t_{\alpha}(n-1) \\ \\
\mu_{1}-\mu_{2}\ge\delta & T\text{ 同上} &
\mu_{1}-\mu_{2}\lt \delta &
T\lt -t_{\alpha}(n-1)
\end{array}
\]
定义
#D3
在假设检验中,样本容量固定时,α增大则β减小。需先控制第一类错误概率,再通过增大样本容量来降低第二类错误概率
\[
\boxed{\text{均值已知,方差比的检验}}
\]
\[
\begin{array}{c|c|c|c}
\text{原假设 }H_{0} & \text{检验统计量在 }H_{0}\text{ 下的分布} & \text{备择假设 }H_{1} & \text{拒绝域} \\ \hline
\sigma_{1}^{2}\le\sigma_{2}^{2} &
F=\dfrac{\displaystyle
\frac{m}{n}\sum_{i=1}^{m}(X_{i}-\mu_{1})^{2}}
{\displaystyle
\sum_{j=1}^{n}(Y_{j}-\mu_{2})^{2}}
\sim F(n,m) &
\sigma_{1}^{2}\lt \sigma_{2}^{2} &
F\gt F_{\alpha}(n,m) \\ \\
\sigma_{1}^{2}\ge\sigma_{2}^{2} & F\text{ 同上} &
\sigma_{1}^{2}\lt \sigma_{2}^{2} &
F\lt F_{1-\alpha}(n,m) \\ \\
\sigma_{1}^{2}=\sigma_{2}^{2} & F\text{ 同上} &
\sigma_{1}^{2}\neq\sigma_{2}^{2} &
F\lt F_{1-\alpha/2}(n,m)\quad\text{或}\quad F\gt F_{\alpha/2}(n,m)
\end{array}
\]
定义
#D4
D4
\[
\boxed{\text{均值未知,方差比的检验}}
\]
\[
\begin{array}{c|c|c|c}
\text{原假设 }H_{0} & \text{检验统计量在 }H_{0}\text{ 下的分布} & \text{备择假设 }H_{1} & \text{拒绝域} \\ \hline
\sigma_{1}^{2}\le\sigma_{2}^{2} &
F=\dfrac{S_{1}^{2}}{S_{2}^{2}}\sim F(n-1,m-1) &
\sigma_{1}^{2}\gt \sigma_{2}^{2} &
F\gt F_{\alpha}(n-1,m-1) \\ \\
\sigma_{1}^{2}\ge\sigma_{2}^{2} & F\text{ 同上} &
\sigma_{1}^{2}\lt \sigma_{2}^{2} &
F\lt F_{1-\alpha}(n-1,m-1) \\ \\
\sigma_{1}^{2}=\sigma_{2}^{2} & F\text{ 同上} &
\sigma_{1}^{2}\neq\sigma_{2}^{2} &
F\lt F_{1-\alpha/2}(n-1,m-1)\quad\text{或}\quad F\gt F_{\alpha/2}(n-1,m-1)
\end{array}
\]
定义
#E1
E1
\[
\boxed{\text{二项分布参数 }p\text{ 的 }U\text{ 检验(正态近似)}}
\]
\[
\begin{array}{c|c}
\text{原假设 }H_{0}\;\&\;\text{备择假设 }H_{1} & \text{显著性水平 }\alpha\text{ 下的拒绝域} \\ \hline
H_{0}:p=p_{0},\;H_{1}:p\neq p_{0} &
\displaystyle
\left|\frac{\bar X-p_{0}}{\sqrt{p_{0}(1-p_{0})/n}}\right|\gt u_{\alpha/2}
\\ \\
H_{0}:p\ge p_{0},\;H_{1}:p\lt p_{0} &
\displaystyle
\frac{\bar X-p_{0}}{\sqrt{p_{0}(1-p_{0})/n}}\lt -u_{\alpha}
\\ \\
H_{0}:p\le p_{0},\;H_{1}:p\gt p_{0} &
\displaystyle
\frac{\bar X-p_{0}}{\sqrt{p_{0}(1-p_{0})/n}}\gt u_{\alpha}
\end{array}
\]
\[
\text{其中 }\;
U=\frac{\bar X-p_{0}}{\sqrt{p_{0}(1-p_{0})/n}}
\;\stackrel{\text{近似}}{\sim}\;N(0,1).
\]
定义
#F1
F1
\[
\begin{aligned}
&\textbf{Pearson 定理}\\
&\text{设总体按 }k\text{ 个区间分组,记原假设 }H_{0}:X\sim F(x)。\\
&\text{若样本容量 }n\text{ 充分大,则无论 }F(x)\text{ 为何分布,统计量}\\[4pt]
&\qquad
\chi^{2}=\sum_{i=1}^{k}
\frac{\bigl(n_{i}-np_{i}\bigr)^{2}}{np_{i}}
\;\stackrel{\text{近似}}{\sim}\;
\chi^{2}\bigl(k-r-1\bigr),\\[6pt]
&\text{其中 }p_{i}=P\bigl(X\text{ 落入第 }i\text{ 组}\bigr),\;
r\text{ 为 }F(x)\text{ 中未知参数的个数。}\\[8pt]
&\text{因此在显著性水平 }\alpha\text{ 下的拒绝域为}\\[4pt]
&\qquad
\chi^{2}=\sum_{i=1}^{k}
\frac{\bigl(n_{i}-np_{i}\bigr)^{2}}{np_{i}}
\gt \chi^{2}_{\alpha}\bigl(k-r-1\bigr).
\end{aligned}
\]