2018111373 최인렬
1-1번
감마함수의 적률생성함수는 다음과 같다.
M_{Y_i}(t) = (1-\beta t)^{-\alpha_i}
적률생성함수의 성질에 따르면,
\begin{align*}
&\text{if } X_i \text{들이 전부 독립인 경우,}
\\[8pt]
& M_{X_1 + X_2 + \cdots + X_n}(t)
= M_{X_1}(t)M_{X_2}(t)
\cdots M_{X_n}(t)
\\[15pt]
&=(1-\beta t)^{-\alpha_1}~
(1-\beta t)^{-\alpha_2}~
(1-\beta t)^{-\alpha_3} \cdots
\\[15pt]
&= (1-\beta t)^{-\sum\alpha_i}
\end{align*}
\therefore~\sum_{i=1}^{n}~Y_i \sim Gamma\Big(\sum_{i=1}^{n}\alpha_{i,}
~\beta\Big)
1-2번
적률생성함수의 성질에 의하면 다음과 같다. (k =상수)
\begin{align*}
M_{kY}(t) &= E(e^{t\cdot kY}) = E(e^{tk \cdot Y}) = M_Y(tk)
\\[10pt]
M_{Y_i}(t) &= (1-\beta t)^{-\alpha_i}
\\[10pt]
M_{kY_i}(t)
&= (1-\beta \cdot kt)^{-\alpha_i}
= (1- k \beta \cdot t)^{-\alpha_i}
\end{align*}
\therefore~kYi \sim
Gamma(\alpha_{i,}~k \beta)
2-1번
\begin{align*}
E(S^2) &= E \bigg[{\sum_{i=1}^{n}(X_i - \overline{X})^2
\over n-1}\bigg]
\\[15pt]
&= {1 \over n-1}~
E \bigg[\sum_{i=1}^{n}
({X_i}^{2} + \overline{X}^2
-2X_i~\overline{X})
\bigg]
\\[15pt]
&= {1 \over n-1}~
E \bigg[\sum_{i=1}^{n}
{X_i}^{2} + n\overline{X}^2
-2n~\overline{X}^2 \bigg]
\\[15pt]
&= {1 \over n-1}~
E \bigg[\sum_{i=1}^{n}
{X_i}^{2} - n\overline{X}^2
\bigg]
\\[15pt]
&= {1 \over n-1}~
\bigg[ \sum_{i=1}^{n}
E({X_i}^{2}) - nE(\overline{X}^2)
\bigg]
\\[15pt]
&= {1 \over n-1}~
\Big[ nE({X_i}^{2}) - nE(\overline{X}^2)\Big]
\\[15pt]
&= {n \over n-1}\cdot
[E({X_i}^{2})-E(\overline{X}^2)]
\\[15pt]
\end{align*}
\begin{align*}
E(X^2) &= Var(X) + E(X)^2
= \sigma^2 + \mu^2
\\[15pt]
E(\overline{X}^2) &= Var(\overline{X}) + E(\overline{X})^2
= {\sigma^2 \over n} + \mu^2
\end{align*}
E(S^2)=
{n \over n-1}\cdot
\bigg(\sigma^2 + \mu^2 -
{\sigma^2 \over n} - \mu^2\bigg)
= \sigma^2
따라서 S^2는 Var(X_i) = \sigma^2의 불편추정량이 맞다.
2-2번
\begin{align*}
E(S^2) &= E \bigg[{\sum_{i=1}^{n}(X_i - \overline{X})^2
\over n-1}\bigg]
\\[15pt]
&= {1 \over n-1}\cdot E \bigg[\sum_{i=1}^{n}(
{X_i}^{2} + \overline{X}^2
-2X_i~\overline{X})
\bigg]
\\[15pt]
&= {1 \over n-1}\cdot
(n\lambda + n\lambda^2
- \lambda - n\lambda^2)
\\[15pt]
&= {1 \over n-1} \cdot
(n-1)\lambda = \lambda
\end{align*}
따라서 S^2는 Var(X_i) = \lambda의 불편추정량이 맞다.
2-3번
E(X) = np, \kern{10pt}
Var(X)=np(1-p)
\\[10pt]
E(X^2) = np(1-p) + n^2p^2
\\[20pt]
E(\overline{X}) = np, \kern{10pt}
Var(\overline{X})={np(1-p) \over n}
\\[10pt]
E(\overline{X}^2)={np(1-p) \over n}
+ n^2p^2
\begin{align*}
&E(S^2) = E \bigg[{\sum_{i=1}^{n}(X_i - \overline{X})^2
\over n-1}\bigg]
\\[15pt]
&= {n \over n-1}\cdot
[E({X_i}^{2})-E(\overline{X}^2)]
\\[15pt]
&= {n \over n-1}\cdot
\bigg[~np(1-p) + n^2p^2
- {np(1-p)\over n}- n^2p^2\bigg]
\\[15pt]
&= np(1-p)\end{align*}
따라서 S^2는 Var(X_i) = \sigma^2의 불편추정량이 맞다.