第4.2节正态总体均值与方差的假设检验-PPT课件.ppt
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- 第4.2节 正态总体均值与方差的假设检验_PPT课件 4.2 总体 均值 方差 假设检验 _PPT 课件
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1、第第4.24.2节节 正态总体均值与方差的正态总体均值与方差的假设检验假设检验一、一、 t 检验检验二、二、 检验检验三、三、F 检验检验四、单边检验四、单边检验2一、一、t 检验检验21., ()U已已知知时时 关关于于 的的检检验验检检验验),( 2 N体体在上节中讨论过正态总在上节中讨论过正态总20, : 当当已已知知时时 关关于于的的检检验验问问题题0100 : , : HH 假假设设检检验验000 1/U( , ). XUnHNU 讨论中选用的统计量为讨论中选用的统计量为为真时, 服从分布.这种为真时, 服从分布.这种检验法称为检验法检验法称为检验法例例1 1 某切割机在正常工作时某
2、切割机在正常工作时, 切割每段金属棒的切割每段金属棒的平均长度为平均长度为10.5cm, 标准差是标准差是0.15cm, 今从一批产今从一批产品中随机的抽取品中随机的抽取15段进行测量段进行测量, 其结果如下其结果如下:7 .102 .107 .105 .108 .106 .109 .102 .103 .103 .105 .104 .101 .106 .104 .10假定切割的长度服从正态分布假定切割的长度服从正态分布, 且标准差没有变且标准差没有变化化, 试问该机工作是否正常试问该机工作是否正常?)05. 0( 解解 0.15, , ),( 2 NX因因为为 , 5 .10:, 5 .10:
3、 10 HH要要检检验验假假设设 15/15. 05 .1048.10/ 0 nx 则则,516. 0 查表得查表得0 0251 96.,u 00 025. | | 0.5161.96, /xun 于于是是 . , 0认认为为该该机机工工作作正正常常故故接接受受 H,15 n,48.10 x,05. 0 22., ()t 未未知知时时 关关于于的的检检验验检检验验 . , , ),(22 显著性水平为显著性水平为未知未知其中其中设总体设总体NX . : , : 0100的的拒拒绝绝域域求求检检验验问问题题 HH , , 21的的样样本本为为来来自自总总体体设设XXXXn , 2未知未知因为因为
4、 . / 0来确定拒绝域来确定拒绝域不能利用不能利用nX 22* , nS因因为为是是的的无无偏偏估估计计* ,nS故故用用来来取取代代0* . /nXTSn 即即采采用用来来作作为为检检验验统统计计量量 ,/ 00Hnsxt过分大时就拒绝过分大时就拒绝当观察值当观察值 ./ 0knsxt 拒拒绝绝域域的的形形式式为为001*, (),/nXHt nSn 当当为为真真时时00 PH H拒绝|为真拒绝|为真00* , /nXPkSn 定理定理1.13根据根据第一章第一章1 1.3.3定理定理1 1.13.13知知,1212121222 , (,),(,), . .nnXXXNY YYN 设设为为
5、来来自自正正态态总总体体的的样样本本为为来来自自正正态态总总体体的的样样本本 且且设设两两样样本本独独立立 注注意意两两总总体体的的方方差差相相等等 利用利用t检验法检验具有相同方差的两正态总体检验法检验具有相同方差的两正态总体均值差的假设均值差的假设.12221222*1 , , , nnX YSS又又设设分分别别是是总总体体的的样样本本均均值值是是样样本本方方差差均均为为未未知知3., ()t方方差差未未知知时时 两两个个正正态态总总体体均均值值的的检检验验检检验验011122 : , : HH 假假设设检检验验的的问问题题 . 取显著性水平为取显著性水平为 : 统统计计量量作作为为检检验
6、验统统计计量量引引入入 t1211(),wXYTSnn 1222112212112*2()() .nnwnSnSSnn 其中其中 ,0为真时为真时当当H12 (2).Tt nn定理定理1.14根据根据第第1 1章章1 1.3定理定理1 1.14.14知知,其拒绝域的形式为其拒绝域的形式为12212211|:(),wxyWxtnnsnn 00 |PHH拒拒绝绝为为真真12212211|()wXYPtnnSnn 第一类错误的概率为:第一类错误的概率为:例例3 有甲有甲、乙两台机床加工相同的产品乙两台机床加工相同的产品, 从这两台从这两台机床加工的产品中随机地抽取若干件机床加工的产品中随机地抽取若干
7、件, 测得产品直测得产品直径径(单位单位:mm)为为机床甲机床甲: 20.5, 19.8, 19.7, 20.4, 20.1, 20.0, 19.0, 19.9机床乙机床乙: 19.7, 20.8, 20.5, 19.8, 19.4, 20.6, 19.2, 试比较甲试比较甲、乙两台机床加工的产品直径有无显著乙两台机床加工的产品直径有无显著差异差异? 假定假定两台机床加工的产品直径都服从正态两台机床加工的产品直径都服从正态分布分布, 且总体方差相等且总体方差相等.解解 , ),(),( ,2221 NNYX和和分别服从正态分布分别服从正态分布和和两总体两总体依题意依题意 , 221均为未知均为
8、未知 )05. 0( . : , : 211210 HH需需要要检检验验假假设设, 81 n,925.19 x1210 216*.,ns , 72 n,000.20 y2220 397*.,ns 12221228 1710 547872*()() .,nnwsss且且0.025 (13)2.160,t 查查表表可可知知| |0.265|2.160,1187wxyts , 0H所以接受所以接受即甲即甲、乙两台机床加工的产品直径无显著差异乙两台机床加工的产品直径无显著差异. 补充:补充:方差已知但不相等时,两个正态总体方差已知但不相等时,两个正态总体均值是否相等的检验均值是否相等的检验121211
9、2122222212 , (,),(,), . , nnXXXNY YYN设设为为来来自自正正态态总总体体的的样样本本为为来来自自正正态态总总体体的的样样本本 且且设设两两样样本本独独立立均均已已知知. . 001112212120 122: , : U=( , )HHHXYNnn 检验假设检验假设选用的统计量为选用的统计量为 有时为了比较两种产品,两种仪器或两种试验有时为了比较两种产品,两种仪器或两种试验方法等的差异,我们常常在相同的条件下做对比试方法等的差异,我们常常在相同的条件下做对比试验,得到一批成对(配对)的观测值,然后对观测验,得到一批成对(配对)的观测值,然后对观测数据进行分析。
10、作出推断,这种方法常称为数据进行分析。作出推断,这种方法常称为配对分配对分析法。析法。 例例4 比较甲乙两种橡胶轮胎的耐磨性,今从甲乙两种比较甲乙两种橡胶轮胎的耐磨性,今从甲乙两种轮胎中各随机地抽取轮胎中各随机地抽取8个,其中各取一个组成一对。再个,其中各取一个组成一对。再随机选择随机选择8架飞机,将架飞机,将8对轮胎随机地搭配给对轮胎随机地搭配给8架飞机架飞机, 做耐磨性实验做耐磨性实验.飞行一段时间的起落后,测得轮胎磨损飞行一段时间的起落后,测得轮胎磨损4、基于配对数据的检验(、基于配对数据的检验(t检验)检验)量(单位:量(单位:mg)数据如下:数据如下:轮胎甲:轮胎甲:4900,522
11、0,5500,6020 6340,7660,8650,4870轮胎乙;轮胎乙;4930,4900,5140,5700 6110,6880,7930,5010试问试问 这两种轮胎的耐磨性有无显著差异?这两种轮胎的耐磨性有无显著差异? 解:解:用用X及及Y分别表示甲乙两种轮胎的磨损量分别表示甲乙两种轮胎的磨损量假定假定 ,其中,其中 欲检验假设欲检验假设22221 ),(),(222211NYNX211210:,:HH下面分两种情况讨论:下面分两种情况讨论:(1)实验数据配对分析:)实验数据配对分析:记记 ,则,则 ,由正,由正态分布的可加性知,态分布的可加性知,Z服从正态分布服从正态分布 。于是
12、,对于是,对 与与 是否相等的检验是否相等的检验YXZ 2212 )(,)(ZDddefZE2( ,2)N d 12就变为对就变为对 的检验,这时我们可采用关于的检验,这时我们可采用关于一个正态总体均值的一个正态总体均值的T 检验法。将甲,乙两检验法。将甲,乙两种轮胎的数据对应相减得种轮胎的数据对应相减得Z的样本值为:的样本值为:0d-30,320,360,320,230, 780,720,-140计算得样本均值计算得样本均值 81221022007/)(iinZZS3208181 iiZZ2(0)/s/ 83208 /1022002.83ntZ 对给定对给定 ,查自由度为,查自由度为 的的
13、分布分布表得临界值表得临界值 ,由于,由于 因而否定因而否定 ,即认为这种轮胎的耐磨性有显,即认为这种轮胎的耐磨性有显著差异。著差异。718 05. 0 365. 2)7(025. 0 tt0H365. 283. 2 t(2)实验数据不配对分析:)实验数据不配对分析:将两种轮胎的数将两种轮胎的数据看作来自两个总体的样本观测值,这种方据看作来自两个总体的样本观测值,这种方法称为不配对分析法。欲检验假设法称为不配对分析法。欲检验假设211210 :,:HH我们选择统计量我们选择统计量12121222121122(2)1)(1)nnn n nnXYTnnnSnS (由样本数据及由样本数据及 可得可得
14、5825,6145 yx821 nn1*211633900 8/7nS2*221053875 8/7nS 516. 07 .619/320 t对给定的对给定的 05. 0 ,查自由度为,查自由度为16-2=14的的t分布分布 145.214216025.02/ tt 表,得临界值表,得临界值 由于由于 14145. 2516. 0025. 0tt ,因而接受,因而接受 0H,即认为这两种轮胎的耐磨性无显著差异。,即认为这两种轮胎的耐磨性无显著差异。以上是在同一检验水平以上是在同一检验水平 05.0 的分析结果,方法不同所得结果也比一致,到底哪个的分析结果,方法不同所得结果也比一致,到底哪个结果
15、正确呢?下面作一简要分析。因为我们将结果正确呢?下面作一简要分析。因为我们将8对轮对轮胎随机地搭配给胎随机地搭配给8架飞机作轮胎耐磨性试验,两种轮架飞机作轮胎耐磨性试验,两种轮胎不仅对试验数据产生影响,而且不同的飞机也对试胎不仅对试验数据产生影响,而且不同的飞机也对试验数据产生干扰,因此试验数据配对分析,消除了飞验数据产生干扰,因此试验数据配对分析,消除了飞机本身对数据的干扰,突出了比较两种轮胎之间耐磨机本身对数据的干扰,突出了比较两种轮胎之间耐磨性的差异。性的差异。下采用不同方法下采用不同方法对试验数据不做配对分析,轮胎之间和飞机之间对数对试验数据不做配对分析,轮胎之间和飞机之间对数据的影响
16、交织在一起,据的影响交织在一起, 因此,用两个独立正态总体的因此,用两个独立正态总体的t检验法是不合适的。检验法是不合适的。由本例看出,对同一批试验数据,采用配对分析还是由本例看出,对同一批试验数据,采用配对分析还是不配对分析方法,要根据抽样方法而定。不配对分析方法,要根据抽样方法而定。 11,nXX这这时时样样本本21,nYY样样独独与与本本不不立立。二、二、 检验检验 , , ),( 22均均为为未未知知设设总总体体 NX , : , : 20212020 HH(1) 要求检验假设要求检验假设: , ,21的的样样本本为为来来自自总总体体 XXXXn . 0为已知常数为已知常数其中其中 2
17、2* , nS由由于于是是的的无无偏偏估估计计 , 0为真时为真时当当H220* 1, 11, ns比比值值在在 附附近近摆摆动动 不不应应过过分分大大于于 或或过过分分小小于于 , 设显著水平为设显著水平为2根据根据第一章第一章1 1.3, 2202011*(), (),nnSHn 当当为为真真时时22201*() , nnS 取取作作为为统统计计量量2212220011*()() , nnnsnskk 拒拒绝绝域域的的形形式式或或 :21的的值值由由下下式式确确定定和和此此处处kk00 |PHH拒拒绝绝为为真真202212220011*()() .nnnSnSPkk指它们的和集指它们的和集
18、为了计算方便为了计算方便, 习惯上取习惯上取20212012*() ,nnSPk 20222012*() ,nnSPk . )1( , )1( 22/222/11 nknk 故故得得拒绝域为拒绝域为:2201*() nns 2121/()n 2201*() nns 或或. )1(22/ n )02. 0( 解解 ,5000:,5000: 2120 HH要检验假设要检验假设,26 n,02. 0 ,500020 ,314.44)25()1(201. 022/ n例例5 某厂生产的某种型号的电池某厂生产的某种型号的电池, 其寿命长期以其寿命长期以来服从方差来服从方差 =5000 (小时小时2) 的
19、正态分布的正态分布, 现有一现有一批这种电池批这种电池, 从它生产情况来看从它生产情况来看, 寿命的波动性有寿命的波动性有所变化所变化. 现随机的取现随机的取26只电池只电池, 测出其寿命的修正测出其寿命的修正样本方差样本方差为为9200 (小时小时2). 问根据这一数据能否推问根据这一数据能否推断这批电池的寿命的波动性较以往的有显著的变断这批电池的寿命的波动性较以往的有显著的变化化?2 ,524.11)25()1(299. 022/1 n2201*() nns ,524.11拒绝域为拒绝域为:2201*() nns 或或. 4.3144220125 92005000*() 46 nns 因因
20、为为 , 4.3144 , 0H所以拒绝所以拒绝 即认为这批电池的寿命的波动性较以往的有显即认为这批电池的寿命的波动性较以往的有显著的变化著的变化.例例6(p124例例4.7)美国民政部门对某住宅区住户的美国民政部门对某住宅区住户的消费情况进行的调查报告中,抽出消费情况进行的调查报告中,抽出9户为样本,户为样本,每年开支除去税款和住宅等费用外每年开支除去税款和住宅等费用外, 依次为依次为: 4.9, 5.3, 6.5, 5.2, 7.4, 5.4, 6.8, 5.4, 6.3(单位(单位k元)元). 假假定住户消费数据服从正态分布,当给定定住户消费数据服从正态分布,当给定 =0.05,问所有住
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