Intuicja
mi[ x¯2)]μ2)mi[ x¯2)]μ2)μx¯μprzez liczbę ujemną) również zostaje podniesiony do kwadratu i tym samym staje się dodatni. W ten sposób nie anuluje się i istnieje niewielka tendencja do przeszacowywania.
x2)μ2)mi[ x2)]
Udowodnijmy, że MLE wariancji dla próbki iid jest tendencyjny. Następnie analitycznie zweryfikujemy naszą intuicję.
Dowód
σ^2)= 1N.∑N.n = 1( xn- x¯)2)
mi[ σ^2)] ≠ σ2)
E[σ^2]=E[1N∑n=1N(xn−x¯)2]=1NE[∑n=1N(x2n−2xnx¯+x¯2)]=1NE[∑n=1Nx2n−∑n=1N2xnx¯+∑n=1Nx¯2]
∑Nn=1xn=Nx¯∑Nn=1x¯2=Nx¯2
1NE[∑n=1Nx2n−∑n=1N2xnx¯+∑n=1Nx¯2]=1NE[∑n=1Nx2n−2Nx¯2+Nx¯2]=1NE[∑n=1Nx2n−Nx¯2]=1NE[∑n=1Nx2n]−E[x¯2]=1N∑n=1NE[x2n]−E[x¯2]=E[x2n]−E[x¯2]
E[x2n]n
σ2x=E[x2]−E[x]2
E[x2n]−E[x¯2]=σ2x+E[xn]2−σ2x¯−E[xn]2=σ2x−σ2x¯=σ2x−Var(x¯)=σ2x−Var(1N∑n=1Nxn)=σ2x−(1N)2Var(∑n=1Nxn)
1NVar()
σ2x−(1N)2Var(∑n=1Nxn)=σ2x−(1N)2Nσ2x=σ2x−1Nσ2x=N−1Nσ2x
σ2x
Analitycznie zweryfikuj naszą intuicję
μμμ2E[x¯2]σ^2
σ^2μ=1N∑Nn=1(xn−μ)2
E[x2n]−E[x¯2]x¯μ
E[x2n]−E[μ2]=E[x2n]−μ2=σ2x+E[xn]2−μ2=σ2x
co jest bezstronne!