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Estadísticas suficientes fundamentales

He estado leyendo el libro de Casella y Berger Statistical Infererence y tengo un poco de dificultad para entender algo en su explicación de las estadísticas suficientes. Aquí está el pasaje de las páginas 272-273 antes de que continúe (nota que $\boldsymbol X= (X_1,X_2,...,X_n)$):

Sufficent passage

Puede ser que esté muy cansado, pero no me ha quedado claro por qué $\{\boldsymbol X=\boldsymbol x\},\{ \boldsymbol Y= \boldsymbol x\} \subseteq \{T(\boldsymbol X)=T(\boldsymbol x)\}$. ¿Es el caso que $$\{T(\boldsymbol X)=T(\boldsymbol x)\}=\{\boldsymbol X: T(\boldsymbol X)=T(\boldsymbol x)\}???$$ Esperaba que alguien pudiera ayudar a aclarar esto para mí.

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jldugger Puntos 7490

Es solo cuestión de entender la notación.

Preliminares

Una variable aleatoria, como $\boldsymbol X$, es una función medible en un espacio de probabilidad,

$$\boldsymbol X: \Omega \to \mathbb{R}^n.$$

Una estadística $T$ es una función medible

$$T: \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}.$$

Entonces, la función compuesta

$$T\circ \boldsymbol{X}:\Omega \to \mathbb{R};\ T(\boldsymbol{X})(\omega) = T(\boldsymbol{X}(\omega))$$

también es una variable aleatoria.

Sea $\boldsymbol{x}\in\mathbb{R}^n$: es un valor posible de $\boldsymbol X$. Por lo tanto, $t = T(\boldsymbol{x})\in \mathbb R$ es un valor posible de la estadística $T$.

Notación

La notación de construcción de conjuntos utilizada en este contexto es una abreviatura--algunos dirían un abuso--de la notación matemática más explícita

$$\{T(\boldsymbol X) = T(\boldsymbol x)\} = \{\omega\in\Omega\,|\,T(\boldsymbol{X}(\omega)) = T(\boldsymbol{x})\}= \{\omega\in\Omega\,|\,T(\boldsymbol{X}(\omega)) = t\}.$$

Llamemos a este conjunto $\mathcal T$. La notación matemática exhibe claramente a $\mathcal T$ como un subconjunto de $\Omega$ y, debido a que $T\circ \boldsymbol X$ es medible, es un evento. Es el conjunto de todos los resultados donde el valor de $T\circ\boldsymbol{X}$ es igual a un valor dado de la estadística $T$, es decir $T(\boldsymbol{x}) = t$. En otras palabras, $\mathcal T$ consiste en todos los resultados donde la estadística $T$ tiene el valor $t$.

De manera similar, las otras notaciones de construcción de conjuntos utilizadas en la cita deben interpretarse como

$$\boldsymbol{X}^{*}(\boldsymbol{x}) = \{\boldsymbol{X} = \boldsymbol{x}\} = \{\omega\in\Omega\,|\,\boldsymbol{X}(\omega) = \boldsymbol{x}\}$$

$$\boldsymbol{Y}^{*}(\boldsymbol{x}) =\{\boldsymbol{Y} = \boldsymbol{x}\} = \{\omega\in\Omega\,|\,\boldsymbol{Y}(\omega) = \boldsymbol{x}\}.$$

Ambos son eventos: $\boldsymbol{X}^{*}(\boldsymbol{x})$ es el evento donde el valor de $\boldsymbol X$ es $\boldsymbol x$ y $\boldsymbol{Y}^{*}(\boldsymbol{x})$ es el evento donde el valor de $\boldsymbol Y$ es $\boldsymbol x$. No necesariamente son el mismo evento, ya que $X$ y $Y$ no son necesariamente la misma variable aleatoria.

Solución

Por construcción, si aplicamos $T\circ \boldsymbol{X}$ a cualquier elemento $\omega$ de cualquiera de estos conjuntos, obtendremos el valor $T(\boldsymbol{x}) = t$, lo cual por definición significa que $\omega\in\mathcal T$. Simplemente hemos observado que

$$\boldsymbol{X}(\omega) = \boldsymbol{x} \implies T(\boldsymbol{X}(\omega)) = t$$

y

$$\boldsymbol{Y}(\omega) = \boldsymbol{x} \implies T(\boldsymbol{Y}(\omega)) = t,$$

demostrando inmediatamente que

$$\boldsymbol{X}^{*}(\boldsymbol{x}) \subset \mathcal T$$

y

$$\boldsymbol{Y}^{*}(\boldsymbol{x}) \subset \mathcal T,$$

QED.

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Esto fue increíblemente conciso, whuber. ¡Ahora entiendo completamente. ¡Muchas gracias! Una vez que llegue a +15 de reputación, espera un voto positivo.

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