Intervallschätzung. Bibliografie:
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- Ernst Kolbe
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1 Itervallschätzug Kofdeztervall der Varaz Kofdeztervalle vo Atelswerte Kofdeztervall für de Dfferez zweer Atele Bestmmug des tchrobeumfags Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III Bblografe: rof. Dr. Kück Uverstät Rostock tatstk, Vorlesugsskrt Bleymüller / Gehlert / Gülcher Verlag Vahle tatstk für Wrtschaftswsseschaftler MM*tat. Ee teraktve Eführug de Welt der tatstk C ool WIO-Fakultät \\zeus\statstk\mmstat\start Dr. Rolad Jeske Ole tatstk htt:// htt:// Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III
2 De Varaz bzw. tadardabwechug zur Kezechug der Dfferezerug der Merkmalswerte - Besel Besel: ur Charakterserug der Ekommesstuato der Haushalte Rostock wrd ma sch zwar vordergrüdg für das mttlere Ekomme teressere der Auswes eer treuugskezffer charaktersert jedoch sozale Dfferezeruge. Es st daher erforderlch, aufgrud eer tchrobeerhebug ee chätzug für de Varaz bzw. für de tadardabwechug der Ekomme auszuwese, um Aussage über deses gesellschaftlch sesble roblem sozaler Dfferezeruge mache zu köe. Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 3 Vertelug der chätzer für de Mttelwert ud de Varaz eer Normalvertelug ee µe( ud Var ( de ubekate arameter eer Normalvertelug eer Grudgesamthet. e (,,.... ee ufallsstchrobe vom Umfag aus deser Grudgesamthet. De beste chätzer (erwartugstreu ud kosstet für de arameter µ ud sd: tchrobemttelwert µˆ ˆ ( bzw. Modfzerte tchrobevaraz Für efache ufallsstchrobe bzw. /N < 0,05 gelte: ~ N(µ, Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk µ ~ N(0, ud chätzug III 4 ~
3 3 Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 5 Vertelug der tchrobevaraz µ² ( µ² ( µ ( µ² ( µ² ( µ ( µ µ( ( µ² ( µ ( µ ( µ ( µ² ( (µ µ(µ ( µ² [( µ µ ( ( ( ( µ µ ( µ ( µ ( ( ~ Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 6 Kofdeztervall für de Varaz eer ormalvertelte Grudgesamthet ~ W[ W[ W[ W[ ( W[ ( ( W[ ( ( [
4 Kofdeztervall für de tadardabwechug eer ormalvertelte GG ( ( W[ ( ( W[ ( ( [ Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 7 De Motagedauer vo Geräte ees Tys eer Großsererodukto Besel: De Motagedauer vo Geräte ees Tys eer Großsererodukto wrd statstsch mttels tchrobe überwacht. e ka für de Gesamtrodukto (äherugswese als ormalvertelt vorausgesetzt werde. De Berechuge aus 6 zufällg gezogee tchrobemessuge leferte ee mttlere Motagedauer vo 05 m ud ee tadardabwechug vo 0 m. u bestmme st ee 95%ge Itervallschätzug für de Varaz ud de tadardabwechug der Motagedauer der chchtrodukto. Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 8 4
5 De Varaz der Motagedauer vo Geräte ees Tys - Itervallschätzug : Motagedauer vo Geräte ees Tys der Großsererodukto Mute arameter Mttelwert tadardabwechug Varaz ( ( W[ ( Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk ( ,488 6,6 I der GG µ (ubekat (ubekat ² (ubekat I der 05 m s0 m s²400 m² 6,6 8,8 0,05 0, ,6 0,975 0, ,95 6 7,488 Tabelle 5 Formelsammlug chätzug III 9 Itervallschätzug der treuug für de Motagedauer vo Geräte -Iterretato ( ( ( ( 8,8 958,6 4,77 30,95 Iterretato: Da das Kofdezveau 0,95 ahe be Es gewählt wurde, vertraut ma darauf, de Itervalle [8,8 958,6 ud [4,77 30,95 erhalte zu habe, so dass se de Varaz ² bzw. de tadardabwechug überdecke. Ob desem Fall dese Aahme rchtg oder falsch st, ka cht gesagt werde. Bekat st jedoch der mttlere rozetuale Fehleratel mt 5 %, der sch be wederholter Beobachtug vo tchrobe des Umfags 6 ergbt. Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 0 5
6 Atel der GG, Beroullvertelug Der Atel vo Elemete eer GG, de ee bestmmte Egeschaft aufwese, wrd mt bezechet ud etsrcht der Wahrschelchket dafür, dass e zufällg ausgewähltes Elemet der GG dese Egeschaft bestzt. De Atelswerte werde für dchotome Merkmale (Bärmerkmale ausgewese. W(f ( 0 W(0 f (0- Erwartugswert: E( f( 0 f(0 Varaz: Var( ( Ee solche ufallsvarable wrd durch de Wahrschelchketsfukto f( W( (- - für 0 ud charaktersert. Ee solche Vertelug wrd Beroull-Vertelug geat. Var( E( ² E( ² [E(² [² f( 0² f(0 ² ² ( Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III Mamum-Lkelhood-chätzer des arameters eer Beroull-Vertelug ( e ee Beroull-Vertelug mt dem ubekate arameter (Atelswert. e (,,... ee ufallsstchrobe vom Umfag. Der ML-chätzer für st: ˆ ll( l l ( l(,, K, f( ( L( L( L( ud ll( habe e Mamum a der gleche telle. ( [ l ( l( 0 dll( d Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk ( dll( d ˆ ˆ ˆ ( chätzug III 0 6
7 7 Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 3 ( d dll(l 0 ( ˆ ˆ d dll(l ˆ (tchrobeatel ˆ ˆ 0 ˆ 0 ˆ ˆ ˆ ( ˆ ˆ ( ˆ ( ˆ 0 ( ˆ ˆ ( ( d ll( d 0 ( ˆ ( ˆ d ll( d ˆ < 0 Mamum-Lkelhood-chätzer des arameters eer Beroull-Vertelug ( Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 4 Vertelug des chätzers des arameters eer Beroull-Vertelug (große (, N( ˆ E( E( E( ( ( ( Var Var( Var( e ee Beroull -Vertelug mt dem ubekate arameter (Atel. e (,,... ee ufallsstchrobe vom Umfag. Der ML-chätzer für st der tchrobeatel. Für große tchrobeumfäge (- 9 geügt der tchrobeatel asymtotsch eer Normalvertelug mt dem Erwartugswert ud der Varaz (-/. Faustregel: (- 9
8 f Y Vertelug des chätzers des arameters eer Beroull-Vertelug (klee e ee Beroull (dchotome Vertelug mt dem ubekate arameter (Atel. e (,,... ee ufallsstchrobe vom Umfag. Für klee tchrobeumfäge (- < 9 glt: Y ˆ (k W(Y k k 0 E(Y ~ B Var(Y ( Wahrschelchketsfukto eer Bomal-Vertelug mt de arameter ud k ( k für k 0,,,..., für alle adere k ˆ Ee Bomal-Vertelug mt de arameter ud ka als umme vo uabhägge Beroull- Verteluge agesehe werde. 0 Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 5 Kostrukto ees Kofdeztervalls für de Atel für große tchrobe, (- 9 Faustregel: (- 9 ( ˆ ~ N(( ( ~ N(0, ( W( ubekat W( bem ehe mt ( urücklege ( ( W( ( ˆ ( ( W( bem ehe ohe urücklege ( ( W( ( N W( ˆ N Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 6 8
9 Atel der Famle mt eem kw eem Vorort - Itervallschätzug Besel: I eem Vorort mt 0000 Famle soll der Atel der Famle mt mehr als eem kw geschätzt werde. I eer tchrobe vom Umfag 00 Famle möge sch 30 Famle mt mehr als eem kw befde. Gehe wr vo eem 95%ge gfkazveau aus. 30 ˆ 0,30 00 Da her /N0,0 < 0,05 sehr kle st, glt: ( 0,3 0,7 0, ˆ 0,00 0, Faustregel: (-00*0,3*0,7 9 0,05 0,975 Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk,96 Tab. Formelsammlug ( ˆ ˆ (0,3,96 0,046 0,3,96 0,046 (0,3 0,0903 0,3 0,0903 (0,097 0,3903 chätzug III 7 Kofdeztervall für de Atel für klee tchrobeumfäge, (- < 9 De Itervallschätzug ees ubekate Atelswertes mt klee tchrobe st äußerst roblematsch, wel der ubekate arameter de dazu geutzte Verteluge auftaucht. Normalerwese werde folgede Verteluge als votgröße egesetzt: Bomalvertelug bem ehe mt urücklege Hyergeometrsche Vertelug bem ehe ohe urücklege Fshervertelug F v, v De allgemee Formel für de Greze ees Kofdeztervalls [K u K o zum Kofdezveau - für de Atel werde folgedermaße defert: K u F ( F, (, ( K o ( F (, Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 8 9
10 Kofdeztervalle für de Atel -usammefassug- arameter Kofdeztervall tadardfehler ( ohe urücklege ( mt urücklege Azuwedede Vertelug klee große ˆ ˆ ( ˆ ˆ ( ( ( N N * [K u K o Faustregel: (- < 9 Normalvertelug Faustregel: (- 9 K u F ( F, ( * Für /N < 0,05 ka der Korrekturfaktor für ee edlche Gesamthet verachlässgt werde. Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk, ( K o ( F (, N N chätzug III 9 Vertelug der Dfferez zweer tchrobeatele ee ud zwe beroullvertelte ufallsgröße mt de arameter bzw. zwe Grudgesamthete. ee (,,..., ud (,,..., zwe uabhägg voeader gezogee tchrobe. De Dfferez - wrd mt der Dfferez der tchrobeatele - geschätzt. Be große tchrobe gelte folgede Bezehuge: ˆ ( ~ N(, ud Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk ( ( Normalvertelug, Faustregel: ~ N( (- 9 (- 9 E( E( E( ud ( ( Var( Var( Var( ˆ ( ~ N(, chätzug III 0 0
11 Kofdeztervall für de Dfferez zweer Atelswerte be große tchrobe ee ud zwe beroullvertelte ufallsgröße mt de arameter bzw. zwe Grudgesamthete. ee (,,..., ud (,,..., zwe uabhägg voeader gezogee tchrobe. Be große tchrobe, (- 9 ud (- 9, lässt sch für de Dfferez - folgedes Kofdeztervall herlete: ( ( ~ N( ( ( ( ( ~ N(0, ( - ˆ D ( ˆ - - Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk D ˆ D ( ( chätzug III Dfferez der Atelswerte be Umfrageergebsse - Itervallschätzug Besel: u eer wchtge kommualoltsche Frage werde 00 Ewoher der Altstadt (Grue ud 500 Bewoher der Neubaugebete (Grue befragt. I Grue beträgt der Atel der ustmmede 60 % ud der. Grue 48 %. Das chätztervall zum Kofdezveau 0,99 für de Dfferez der Atelswerte der bede Grudgesamthete lautet: W[( - ˆ D ( ˆ D 0,99 ˆ - ( ( - 0,60 0,40 0,48 0, D 0,04 0,995 0,0,58 [(0,6 0,48 -,58 0,04 (0,6 0,48,58 0,04 [0, 0,063 0, 0,063 Tab. Formelsammlug [0,037 0,63 Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III
12 usammefassug - chätzug Be eer uktschätzug erhält ma für de ubekate arameter q eer Vertelug ee chätzwert. Be jeder kokret ausgewählte tchrobe erhält ma ee etsrechede chätzwert des arameters. elbst we de chätzfukto (chätzer gute" Egeschafte (erwartugstreu, effzet, kosstet aufwest, st sehr uwahrschelch, dass der chätzwert mt dem wahre Wert des arameters der Grudgesamthet überestmmt. Um dese Uzuläglchket abzuschwäche ud de Geaugket des chätzverfahres ezubezehe, geht ma mest zu eer Itervallschätzug über. Mt eer Itervallschätzug wrd der arameter derart geschätzt, dass e Itervall etsteht ud de Wahrschelchket dafür agegebe werde ka, dass der wahre arameterwert der Grudgesamthet desem Itervall legt. Dese Aussage erfolgt uter dem Vorbehalt eer Irrtumswahrschelchket auf eem Kofdezveau -. Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 3 Bestmmug des tchrobeumfags Bsher stellte sch de Aufgabe, aus eer tchrobe vom gegebee Umfag be gegebeem cherhetsgrad - e Kofdeztervall für ee arameter q (z. B. µ oder zu bestmme. Für de Mttelwert µ eer Normalvertelug mt bekater Varaz ² galt: [ µ e [( ( Aus deser Relato lässt sch der usammehag zwsche: absolutem chätzfehler e (Geaugket cherhetsgrad - tadardabwechug ud tchrobeumfag be eer chätzug erkläre. e werde für de Bestmmug vo geutzt. Häufg stellt sch der ras de Aufgabe, de otwedge tchrobeumfag so zu bestmme, dass ee vorgegebee Geaugket ud ee vorgegebee cherhet be der arameterschätzug zu gewährleste sd. Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 4
13 Notwedger tchrobeumfag be der chätzug des Mttelwertes µ (Fall Bedguge: Normalvertelug des Merkmals der Grudgesamthet oder >30 Bekate Varaz bzw. tadardabwechug des Merkmals der GG Uabhäggket der tchrobezufallsvarable bzw. ehe mt urücklege oder /N<0,05. e e Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk Vorgegebe: -: cherhetsgrad der chätzug e: Geaugket der chätzug (chätzfehler : tadardabwechug des Merkmals der GG Gesucht: tchrobeumfag chätzug III 5 Notwedger tchrobeumfag be der chätzug des Mttelwertes µ (Fall Bedguge: Normalvertelug des Merkmals der Grudgesamthet oder große Bekate Varaz bzw. tadardabwechug des Merkmals der GG ehe ohe urücklege ud /N<0,05. e N N N (N Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk Vorgegebe: - : cherhetsgrad der chätzug e: Geaugket der chätzug (chätzfehler : tadardabwechug des Merkmals der GG N: Umfag der Grudgesamt Gesucht: tchrobeumfag chätzug III 6 3
14 Bestmmug des tchrobeumfags für de chätzug des Mttelwertes µ - Besel Das Durchschttsgewcht vo.000 Koservedose st mt eem cherhetsgrad vo 0,99 ud be eem absolute Fehler vo mamal g zu schätze. Aus voragegagee tude ka ageomme werde, dass das Gewcht der Dose ormalvertelt st mt eer Varaz vo 36 g². We groß soll der tchrobeumfag se, um dese Bedguge zu erfülle? Gegebe: N 000-0,99 e 36 Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk N (N ²( ,995 0, ,58² ,58² 47960,8 4, ,6 chätzug III 7 robleme be der Bestmmug des tchrobeumfags be ubekater Varaz We de Varaz ² der Grudgesamthet ubekat st, ka de Formel für de otwedge tchrobeumfag cht egesetzt werde: e [ s t s t Aus dem Kofdeztervall für de Mttelwert eer Normalvertelug be ubekater Varaz folgt für e ud : e [( s t ( s t s t ( s ² t roblematsch dabe st, dass sowohl de t -Vertelug als auch de tchrobevaraz selbst vom zu bestmmede tchrobeumfag abhäge. Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 8 4
15 Bestmmug des otwedge tchrobeumfags be ubekater Varaz Be ubekater Varaz ka folgedes teratves Verfahre egesetzt werde:. Es wrd ee klee tchrobe (lotstchrobe mt dem Umfag (m3, 4 oder 5 gezoge.. Aus deser lotstchrobe wrd s² ud t berechet ud daraus der etsrechede tchrobeumfag bestmmt. s m m ( s ² t m 3. Ma zeht ee tchrobe vom Ufag -m, um zusamme ee mt dem Umfag zu blde. Mt deser berechet ma de chätzfehler e. Ist e kleer oder glech e, da recht deser tchrobeumfag. Glt dese Relato cht, da utzt ma de vorhadee tchrobe als lotstchrobe ud wederholt de Algorthmus ab chrtt. e s t Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 9 Bestmmug des tchrobeumfags be der chätzug ees Atelswertes oll e Atelswert mt vorgegebeer Geaugket ud vorgegebeem Kofdezveau bestmmt werde, so geht ma folgedermaße vor. Uter der Aahme ees große tchrobeumfags ka de Normalvertelug egesetzt werde. e e Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk ( ( N N e [( ( ( ( N bem ehe mt urücklege (N ( chätzug III 30 bem ehe ohe urücklege roblematsch st es her, dass bede Bestmmugsglechuge der ubekate Atel auftaucht. Ma ka desem Fall we be ubekater Varaz vorgehe. Ma fägt aber mt eer größere lotstchrobe (m>30 a. 5
16 Obere chrake für de tchrobeumfag be der chätzug ees Atelswertes ( d( d Bem ehe mt urücklege ud große tchrobe ( ( 0 Dese Formel als Fukto vo errecht hr Mamum a der telle /. d ²( ( d ² < 0 bem ehe ohe urücklege ( N Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk (N ( Dese Formel als Fukto vo errecht auch hr Mamum a der telle /. chätzug III 3 Bestmmug des tchrobeumfag für de chätzug des Atelswertes - Besel E Markeartkelhersteller wll de Bekathetsgrad sees rodukts der Budesreublk bestmme. Der absolute chätzfehler soll % ud der cherhetsgrad 0,95 betrage. We groß st der otwedge tchrobeumfag zu wähle? Gegebe: N: sehr groß - 0,95 e 0,0 Ma ka /N<0,05 uterstelle (ehe mt urücklege 0,5 Obere chrake: 0,5,96² 40 0,0² We aus eer frühere Utersuchug (lotstchrobe mt eem Bekathetsgrad vo 0,4 gerechet werde ka, da glt: m ( m Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk 0,4 0,58,96² 340 0,0² chätzug III 3 6
17 Vele Dak ud Frohe Wehachte!!! Dr. Rcabal Delgado/rof. Kück Lehrstuhl tatstk chätzug III 33 7
Statistische Grundlagen Ein kurzer Überblick (diskret)
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