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證明
β0^, β1^
的不同特性

Define

  • SXX=Σi=1n(xix)2
  • SYY=Σi=1n(yiy)2
  • SXY=Σi=1n(xix)(yiy)

Given

  • β1^=Σi=1n(xix)Σj=1n(xjx)2yi=Σi=1nwiyi

  • β0^=Σi=1n(1n(xix)xSXX)yi=Σi=1nwiyi

  • Σi=1nVar(yi)=σ2

  • Σi=1n(xix)(yiy)=Σi=1n(xix)yi

Prove

  • E(β1^)= ?

    E(β1^)=E(Σi=1nwi yi)=Σi=1nwi(β0+β1xi)=β0 \colorblueΣi=1n wi+β1 \colorgreenΣi=1nwixi=β0\colorblue0+β1\colorgreen1=β1

    E(β1^)=β1
    • \colorblue Σi=1n wi=Σi=1n (xix)SXX=1SXXΣi=1n(xix)= 0
    • \colorgreen Σi=1nwixi=Σi=1n (xix)xiSXX=1SXXΣi=1n (xix)(xix)=SXXSXX=1

  • Var(β1^)= ?

    Var(β1^)=Var(Σi=1nwiyi)=Σi=1nwi2 Var(yi)=Σi=1nwi2 σ2=σ2 Σi=1n(xix)2(SXX)2=σ2(SXX)2 Σi=1n(xix)2 = SXX=σ2(SXX)

    Var(β1^)=σ2(SXX)

  • E(β0^)= ?

    E(β0^)=E(Σi=1nwi yi)=Σi=1nwi(β0+β1xi)=β0 \colorblueΣi=1n wi+β1 \colorgreenΣi=1nwixi=β0\colorblue1+β1\colorgreen0=β0

    E(β0^)=β0
    • \colorblue Σi=1n wi=Σi=1n[ 1n(xix)xSXX ]=Σi=1n1nΣi=1n(xix)xSXX=1xSXXΣi=1n(xix)= 0=1
    • \colorgreen Σi=1nwixi=Σi=1n[ (1n(xix)xSXX)xi ]=1nΣi=1nxixSXXΣi=1n[ (xix)xi ]= SXX=xx=0

  • Var(β0^)= ?

    Var(β0^)=Var(Σi=1nwiyi)=Σi=1nwi2σ2=σ2Σi=1n(1n(xix)xSXX)2= wi2 σ2[ \colorblueΣi=1n1n2\colorgreen21nΣi=1n(xix)xSXX+\colorpurpleΣi=1n((xix)xSXX)2 ]=σ2[ \colorblue1n\colorgreen0+\colorpurplex2SXX ]

    Var(β0^)=σ2[ 1n+x2SXX ]
    • \colorgreen=2n×xSXX×Σi=1n(xix)= 0=0
    • \colorpurple=1SXX2×Σi=1n[ (xix)x ]2=x2SXX2×SXX=x2SXX