Var (X) jest znany, jak obliczyć Var (1 / X)?


13

Jeśli mam tylko , jak mogę obliczyć \ mathrm {Var} (\ frac {1} {X}) ?Var(X)Var(1X)

Nie mam żadnych informacji na temat dystrybucji X , więc nie można użyć transformacji, albo jakiekolwiek inne metody, które wykorzystują rozkład prawdopodobieństwa X .


Myślę, że to może ci pomóc.
Christoph_J,

Odpowiedzi:


18

To jest niemożliwe.

Rozważ sekwencję Xn zmiennych losowych, gdzie

P(Xn=n1)=P(Xn=n+1)=0.5

Następnie:

Var(Xn)=1for all n

Ale zbliża się do zera, gdy przechodzi w nieskończoność:nVar(1Xn)n

Var(1Xn)=(0.5(1n+11n1))2

W tym przykładzie wykorzystano fakt, że jest niezmienny w tłumaczeniach , ale nie jest.X V a r ( 1Var(X)XVar(1X)

Ale nawet jeśli przyjmiemy , nie możemy obliczyć : NiechV a r ( 1E(X)=0Var(1X)

P(Xn=1)=P(Xn=1)=0.5(11n)

i

P(Xn=0)=1nfor n>0

Następnie zbliża się do 1, gdy idzie w nieskończoność, ale dla wszystkich .n V a r ( 1Var(Xn)nnVar(1Xn)=n


20

Za pomocą serii Taylora można uzyskać przybliżenie momentów niskiego rzędu transformowanej zmiennej losowej. Jeśli rozkład jest dość „ciasny” wokół średniej (w pewnym sensie), przybliżenie może być całkiem dobre.

Na przykład

g(X)=g(μ)+(Xμ)g(μ)+(Xμ)22g(μ)+

więc

Var[g(X)]=Var[g(μ)+(Xμ)g(μ)+(Xμ)22g(μ)+]=Var[(Xμ)g(μ)+(Xμ)22g(μ)+]=g(μ)2Var[(Xμ)]+2g(μ)Cov[(Xμ),(Xμ)22g(μ)+]+Var[(Xμ)22g(μ)+]

często brany jest tylko pierwszy semestr

Var[g(X)]g(μ)2Var(X)

W tym przypadku (zakładając, że się nie pomyliłem), z , .g(X)=1XVar[1X]1μ4Var(X)

Wikipedia: Rozszerzenia Taylora dla momentów funkcji zmiennych losowych

---

Kilka przykładów ilustrujących to. Wygeneruję dwie (rozproszone w gamie) próbki w R, jedną z „niezbyt ciasnym” rozkładem względem średniej, a drugą nieco ściślejszą.

 a <- rgamma(1000,10,1)  # mean and variance 10; the mean is not many sds from 0
 var(a)
[1] 10.20819  # reasonably close to the population variance

Przybliżenie sugeruje, że wariancja powinna być bliska1/a(1/10)4×10=0.001

 var(1/a)
[1] 0.00147171

Według obliczeń algebraicznych rzeczywista wariancja populacji wynosi1/6480.00154

Teraz dla ciasniejszego:

 a <- rgamma(1000,100,10) # should have mean 10 and variance 1
 var(a)
[1] 1.069147

Przybliżenie sugeruje, że wariancja powinna być bliska1/a(1/10)4×1=0.0001

 var(1/a)
[1] 0.0001122586

Obliczenia algebraiczne pokazują, że wariancja populacji odwrotności wynosi .102992×980.000104


1
Należy zauważyć, że w tym przypadku dość słaba hipoteza prowadzi do wniosku, że nie będzie żadnej średniej (wariancji skąd) dla , tj. Że przybliżenie w odpowiedzi będzie raczej mylące. :-) Przykładową hipotezą jest to, że ma gęstość która jest ciągła w przedziale wokół zera i taka, że . Wynik jest następujący, ponieważ gęstość będzie ograniczana od zera w pewnym przedziale . Podana hipoteza nie jest oczywiście najsłabsza z możliwych. 1/XXff(0)0[ϵ,ϵ]
kardynał

Przyczyną niepowodzenia argumentu Taylora jest to, że ukrywa termin reszty (błąd), który w tym przypadku to a to działa źle w przypadku .
R(x,μ)=(x+μ)(xμ)2xμ,
x=0
kardynał

Rzeczywiście należy uważać na zachowanie gęstości w pobliżu 0. Zauważ, że w powyższych przykładach gamma rozkład odwrotności jest odwrotną gamma, dla której posiadanie skończonej średniej wymaga ( jest parametrem kształtu odwrócona gamma). Dwa przykłady miały i . Mimo to (z „ładnymi” rozkładami do odwracania) zaniedbanie wyższych terminów może wprowadzić zauważalne odchylenie. α α = 10 α = 100α>1αα=10α=100
Glen_b

wydaje się to we właściwym kierunku, odwrotnego przesunięcia rozkładu normalnego zamiast odwrotnego standardowego rozkładu normalnego: en.wikipedia.org/wiki/...
Felipe G. Nievinski
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.