Полагая, что наблюдаемая случайная величина Xk имеет нормальное распределение выполнить следующее:
2.1. Для заданного уровня надежности γ=0,99 построить доверительные интервалы для точечных оценок математического ожидания a*=Xcp и среднеквадратического отклонения σ*=S
2.2. Проверить гипотезы о значении параметров нормального распределения следующим величинам: a=1,2Xcp; σ=0,8S, при уровне значимости α1=0,05.
Решение
2.1. Предполагая, что наблюдаемая величина X имеет нормальное распределение, построим доверительные интервалы для математического ожидания a*=340,28 и среднеквадратического отклонения σ*=149,1321 при уровне надежности γ=0,99 .
Поскольку известно, что величина t=Xср-aSn имеет распределение Стьюдента с n-1 степенью свободы, то решая уравнение Pt<tγ=γ относительно tγ можно построить симметричный интервал XВ-εγ<a<XВ+εγ, в котором с вероятностью γ находится математическое ожидание a*. Величина εγ=tγSn представляет собой точность оценки. Решение tγ=tγ,n-1 есть обратнное распределение Стьюдента, оно протабулировано и может быть найдено из таблиц.
В рассматриваемом примере tγ=t0,99; 29=2,76, εγ=tγSn=2,76∙186,415130=93,9355 и тогда доверительный интервал для математического ожидания будет
283,5667-93,9355<a*<283,5667+93,9355
189,6312<a*<377,5021
Для нахождения доверительного интервала оценки среднеквадратического отклонения σ* воспользуемся тем, что величина χ2=n-1S2σ2 имеет распределение «Хи-квадрат» с n-1 степенью свободы. Задавшись надежностью интервальной оценки γ и решая доверительное уравнение Pχ12<χ2<χ22=γ относительно σ2 можно построить доверительный интервал
. Переходя к эквивалентному уравнению Pχ12<n-1S2σ2<χ22=γ, найдем его решение n-1S2χ12<σ2<n-1S2χ22, где квантили χ12=χobr21-γ2;n-1 и χ22=χobr21+γ2;n-1 из таблиц.
В нашем примере χ12=χobr21-0,992;29=13,12, χ22=χobr21+0,992;29=52,34 и тогда доверительный интервал
29∙34750,598952,34<σ2<29∙34750,598913,12
19254,2485<σ2<76811,5371
В нем оцениваемый параметр σ находится с вероятностью γ=0,99.
2.2. Отметим, что построенные доверительные интервалы являются областями принятия гипотез H0=a=Xср и H0=σ=S при их проверке с уровнем значимости a=1-γ. Теперь проверим гипотезу о равенстве математического ожидания и дисперсии наблюдаемой случайной величины указанным в задании гипотетическим значениям σ=0,8∙S, a=1,2∙Xср.
Проверим сначала гипотезу о том, что истинная дисперсия наблюдаемой величины равна σ=0,8S, т.е. H0=σ=0,8S=149,1321. Зададимся уровнем значимости гипотезы α1=0,05 и альтернативными гипотезами H1=σ≠149,1321 или H2=σ>149,1321. Для проверки основной гипотезы воспользуемся критерием «Хи-квадрат» K=n-1S2σ2.
Наблюдаемое значение критерия kнабл=30-1186,4151149,13212=45,3125.
Критическая область Kкр при альтернативной гипотезе H1 двухсторонняя, а критические точки найдем из таблиц kкр.л.=13,12 и kкр.п.=52,34, то есть:
Kкр=kнабл<kкр.л.;kнабл>kкр.п.
Kкр=kнабл<13,12;kнабл>52,34
Kкр=kнабл=45,3125<13,12;kнабл=45,3125>52,34
Видим, что kнабл не принадлежит критической области и значит, гипотеза не принимается, т.е