kaoyan1basic 概率论与数理统计 第6题

教材习题

📝 题目

### 【基础篇】第6题(选择题) 6.设总体 $X$ 的概率密度为 $\displaystyle f(x ; \sigma)=\left\{\begin{array}{ll}\frac{2 x}{\sigma} \mathrm{e}^{-\frac{x^{2}}{\sigma}}, & x>0, \\ 0, & x \leqslant 0,\end{array}\right.$ 其中 $\sigma$ 为大于零的未知参数,已知 $X_{1}$ , $X_{2}, \cdots, X_{n}$ 是来自总体 $X$ 的简单随机样本,则 $\sigma$ 的最大似然估计量为 . (A)$\displaystyle \hat{\sigma}=\frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^{n} X_{i}$ (B)$\displaystyle \hat{\sigma}=\frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^{n} X_{i}^{2}$ (C)$\displaystyle \hat{\sigma}=\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_{i}$ (D)$\displaystyle \hat{\sigma}=\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \cdot X_{i}^{2}$

💡 答案解析

**答案**:D

**解析**:似然函数$\displaystyle L(\sigma)=\prod_{i=1}^n f(x_i;\sigma)=\prod_{i=1}^n \frac{2x_i}{\sigma}e^{-x_i^2/\sigma}=(2^n\prod x_i)\sigma^{-n}e^{-\sum x_i^2/\sigma}$。取对数$\displaystyle \ln L=n\ln2+\sum\ln x_i -n\ln\sigma -\frac1\sigma\sum x_i^2$。对$\sigma$求导:$\displaystyle \frac{d\ln L}{d\sigma}=-\frac{n}{\sigma}+\frac{1}{\sigma^2}\sum x_i^2=0$,解得$\displaystyle \hat\sigma=\frac1n\sum_{i=1}^n x_i^2$。故最大似然估计量为$\displaystyle \hat\sigma=\frac1n\sum_{i=1}^n X_i^2$,选D。

**难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:写出似然函数
根据总体概率密度函数,样本独立同分布,似然函数为 L(σ) = ∏_{i=1}^n f(x_i; σ) = ∏_{i=1}^n (2x_i/σ) e^{-x_i^2/σ} = (2^n ∏ x_i) σ^{-n} e^{-∑ x_i^2/σ}。
公式:L(σ) = (2^n ∏ x_i) σ^{-n} e^{-∑ x_i^2/σ}
提示:注意概率密度函数在 x>0 时非零,样本值应大于0。
步骤 2/5
目标:取对数似然函数
对似然函数取自然对数,得 ln L = n ln 2 + ∑ ln x_i - n ln σ - (1/σ) ∑ x_i^2。
公式:ln L = n ln 2 + ∑ ln x_i - n ln σ - (1/σ) ∑ x_i^2
提示:对数化简化乘法运算。
步骤 3/5
目标:对σ求导并令导数为0
对 ln L 关于 σ 求导:d(ln L)/dσ = -n/σ + (1/σ^2) ∑ x_i^2 = 0。
公式:d(ln L)/dσ = -n/σ + (1/σ^2) ∑ x_i^2 = 0
提示:注意求导时 σ 在分母,使用幂函数求导法则。
步骤 4/5
目标:解方程得σ的估计值
由 -n/σ + (1/σ^2) ∑ x_i^2 = 0,两边乘以 σ^2 得 -nσ + ∑ x_i^2 = 0,解得 σ = (1/n) ∑ x_i^2。
公式:σ̂ = (1/n) ∑_{i=1}^n x_i^2
提示:注意解出的σ是估计值,用样本代替随机变量得估计量。
步骤 5/5
目标:写出最大似然估计量
将样本观测值替换为随机变量,得最大似然估计量为 σ̂ = (1/n) ∑_{i=1}^n X_i^2。
公式:σ̂ = (1/n) ∑_{i=1}^n X_i^2
提示:估计量是随机变量的函数,与选项D一致。

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