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確率・用語・標本分布族(χ²・t・F)
「独立な標準正規分布をいくつか2乗して足し合わせた量」が従う分布です。2乗して足すので必ず0以上の値になり、標本分散や適合度検定(χ²検定)の土台として登場します。
「独立な標準正規 を2乗して足した量 」がχ²分布です。足す個数 を自由度と呼び、標本分散や適合度検定の基礎分布として現れます。
χ²分布は、独立な標準正規分布 を2乗して足した量
定義
独立な標準正規の二乗和
標準正規 (独立)について
χ²分布 はどう作られる?
の平均と分散は?
正規母集団の不偏分散 について成り立つのは?
独立な標準正規の二乗和の分布。標本分散・適合度検定の基礎分布。
平均と分散は定義から導けます。標準正規 について 、また から 。これを独立に 個足すので となります。自由度がそのまま平均、その2倍が分散です。 が大きいほど(独立な量をたくさん足すので)中心極限定理が効き、χ²分布は正規分布に近づいて左右対称になっていきます。
χ²分布はガンマ分布の特別な場合でもあり、 のガンマ分布がちょうど に一致します。実務での最大の出番は不偏分散です。正規母集団からの標本では が成り立ち、これが分散の区間推定や検定の根拠になります。また、観測度数と期待度数のズレを測る適合度検定(χ²検定)の統計量も、近似的にχ²分布に従います。
平均と分散
、。自由度がそのまま平均、その2倍が分散。
非負・右に裾
2乗和なので値は0以上。左端0に張りつき右へ裾を引く非対称分布。 が大きいと正規に近づく。
不偏分散との関係
正規母集団で 。分散の検定・区間推定の土台。
ガンマ分布の特別な場合
のガンマ分布が に一致する。
指数分布の母平均検定にも使われる
指数分布(平均)に従う標本 の標本平均を とすると、ガンマ分布の再生性から が成り立つ。正規母集団の不偏分散だけでなく、指数分布の母平均に関する検定・区間推定にもχ²分布が使われる(2023年度出題)。
。
自由度3なので、平均3・分散6の右に裾を引く分布になる。