ความแปรปรวนของผลรวมเท่ากับผลรวมของความแปรปรวนหรือไม่


62

มันคือ (เสมอ) จริงหรือไม่ที่

Var(∑i=1mXi)=∑i=1mVar(Xi)?

3
คำตอบด้านล่างแสดงหลักฐาน สัญชาตญาณสามารถเห็นได้ในกรณีง่าย ๆ var (x + y): ถ้า x และ y มีความสัมพันธ์เชิงบวกทั้งสองจะมีแนวโน้มที่จะมีขนาดใหญ่ / เล็กเข้าด้วยกันเพิ่มความหลากหลายทั้งหมด หากพวกเขามีความสัมพันธ์เชิงลบพวกเขามีแนวโน้มที่จะยกเลิกกันลดความผันแปรทั้งหมด
— อัสซาด Ebrahim

คำตอบ:


91

คำตอบสำหรับคำถามของคุณคือ "บางครั้ง แต่ไม่ใช่โดยทั่วไป"

หากต้องการดูปล่อยให้เรื่องนี้เป็นตัวแปรสุ่ม (ที่มีผลต่างแน่นอน) จากนั้นX1,...,Xn

var(∑i=1nXi)=E([∑i=1nXi]2)−[E(∑i=1nXi)]2

ตอนนี้ทราบว่าซึ่งเป็นที่ชัดเจนถ้าคุณคิดเกี่ยวกับสิ่งที่คุณทำเมื่อคุณคำนวณ( 1 + . . + n ) ⋅ ( 1 + . . . + n )ด้วยมือ ดังนั้น,(∑i=1nai)2=∑i=1n∑j=1naiaj(a1+...+an)⋅(a1+...+an)

E([∑i=1nXi]2)=E(∑i=1n∑j=1nXiXj)=∑i=1n∑j=1nE(XiXj)

ในทำนองเดียวกัน

[E(∑i=1nXi)]2=[∑i=1nE(Xi)]2=∑i=1n∑j=1nE(Xi)E(Xj)

ดังนั้น

var(∑i=1nXi)=∑i=1n∑j=1n(E(XiXj)−E(Xi)E(Xj))=∑i=1n∑j=1ncov(Xi,Xj)

โดยนิยามของความแปรปรวนร่วม

ตอนนี้เกี่ยวกับความแปรปรวนของผลรวมเท่ากับผลรวมของผลต่างหรือไม่ :

  • cov(Xi,Xj)=0i≠j

    var(∑i=1nXi)=∑i=1n∑j=1ncov(Xi,Xj)=∑i=1ncov(Xi,Xi)=∑i=1nvar(Xi)
  • X1,X2σ2cov(X1,X2)=ρ0<ρ<σ2var(X1+X2)=2(σ2+ρ)≠2σ2

  • X1,X2,X3

    (10.4−0.60.410.2−0.60.21)
    var(X1+X2+X3)=3=var(X1)+var(X2)+var(X3)

ดังนั้นหากตัวแปรไม่ได้ถูกเชื่อมโยงกันดังนั้นความแปรปรวนของผลรวมคือผลรวมของความแปรปรวน แต่การสนทนาไม่เป็นความจริงโดยทั่วไป


cov(Xi,Xj)=cov(Xj,Xi)cov(X1,X2)=cov(X2,X3)=0.30.6cov(X1,X2)=acov(X2,X,3)=0.6−a

41

Var(∑i=1mXi)=∑i=1mVar(Xi)+2∑i<jCov(Xi,Xj).

0

Var(X1)=1X2=X1Var(X1+X2)=Var(2X1)=4


มันจะไม่เป็นจริงสำหรับความแปรปรวนตัวอย่าง
— DWIN

1
X

15

ฉันแค่อยากจะเพิ่มการพิสูจน์ที่กระชับโดยมาโครเพื่อให้ง่ายขึ้นในการดูว่าเกิดอะไรขึ้น

สังเกตว่าตั้งแต่Var(X)=Cov(X,X)

สำหรับตัวแปรสุ่มสองตัวใด ๆเรามี:X,Y

X,YE(XY)=E(X)E(Y)Var(X+Y)=Var(X)+Var(

Var(X+Y)=Cov(X+Y,X+Y)=E((X+Y)2)−E(X+Y)E(X+Y)by expanding,=E(X2)−(E(X))2+E(Y2)−(E(Y))2+2(E(XY)−E(X)E(Y))=Var(X)+Var(Y)+2(E(XY))−E(X)E(Y))
ดังนั้นโดยทั่วไปความแปรปรวนของผลรวมของตัวแปรสุ่มสองตัวไม่ใช่ผลรวมของความแปรปรวน แต่ถ้ามีความเป็นอิสระแล้วและเรามี(Y)X,YE(XY)=E(X)E(Y)Var(X+Y)=Var(X)+Var(Y)

โปรดสังเกตว่าเราสามารถสร้างผลลัพธ์สำหรับผลรวมของตัวแปรสุ่มโดยการเหนี่ยวนำอย่างง่ายn


โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.