統計検定 1級 過去問 解答/解答例と解説
2014年11月30日 (日) 試験

統計数理 問2 [3]

設問の要約
  • m=1 とする.

  • X1,,Xn+1Γ(m,1)

  • T=X1++Xn+Xn+1

  • Y1=X1/T

    Y2=(X1+X2)/T

        

    Yn=(X1++Xn)/T

  • T の確率分布は何か.

  • (Y1,,Yn)T とは互いに独立であることを示せ.

解答例

ガンマ分布の再生性より,

TΓ(n+1)
fT(t)=1Γ(n+1)tnet
(x1,,xn+1) の同時確率密度関数は,
fX1,,Xn+1(x1,,xn+1)=i=1n+11Γ(1)x11exi=i=1n+1exi=e(x1++xn+1)=et
ただし,
t=x1++xn+1
(x1,,xn+1) から (y1,,yn,t) への変数変換を考える.
x1=y1tx2=(y2y1)tx3=(y3y2)txn=(ynyn1)t
xn+1=t(x1++xn)=ttyn=(1yn)t
ヤコビ行列を n=3 のときで考えてみる.
J=|x1y1x1y2x1y3x1tx2y1x2y2x2y3x2tx3y1x3y2x3y3x3tx4y1x4y2x4y3x4t|=|t00y1tt0y2y10tty3y200t1y3|=|t00y10t0y20tty3y200t1y3|    第2行目 + 第1行目=|t00y10t0y200ty300t1y3|    第3行目 + 第2行目=|t00y10t0y200ty30001|    第4行目 + 第3行目=t3    三角行列の行列式は対角要素の積
よって,(数学的帰納法で証明する必要があるが,)
|J|=tn
fY1,,Yn,T(y1,,yn,t)=fX1,,Xn+1(y1t, (y2y1)t, , (ynyn1)t, (1yn)t)|J|=e{y1t+(y2y1)t++(ynyn1)t+(1yn)t}tn=ettn
(y1,,yn,t) の同時確率密度関数は,t だけの関数なので,(y1,,yn)t は互いに独立である.