回帰係数の確率分布(線形単回帰)

β ^ = X t X − 1 X t y   ・・・・・・(1)

y = y 1 y 2 ⋮ y n   ・・・(2) , X = 1 x 1 1 x 2 ⋮ ⋮ 1 x n   ・・・(3), β ^ = β ^ 0 β ^ 1   ・・・(4)

とおく.

X t X = 1 1 ⋯ 1 x 1 x 2 ⋯ x n 1 x 1 1 x 2 ⋮ ⋮ 1 x n = n ∑ i = 1 n x i ∑ j = 1 n x j ∑ k = 1 n x k 2 = n n x ¯ n x ¯ ∑ k = 1 n x k 2

X t X − 1 = n n x ¯ n x ¯ ∑ k = 1 n x k 2 − 1 = 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − n 2 x ¯ 2 ∑ k = 1 n x k 2 − n x ¯ − n x ¯ n

X t X − 1 X t = 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − n 2 x ¯ 2 ∑ k = 1 n x k 2 − n x ¯ − n x ¯ n 1 1 ⋯ 1 x 1 x 2 ⋯ x n

分散の関係式より

1 n ∑ i = 1 n x i − x ¯ 2 = 1 n ∑ i = 1 n x i 2 − x ¯ 2

∑ i = 1 n x i − x ¯ 2 = ∑ i = 1 n x i 2 − n x ¯ 2   ・・・・・・(5)

よって

n ∑ k = 1 n x k 2 − n 2 x ¯ 2 = n ∑ k = 1 n x k 2 − n x ¯ 2 = n ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2

= 1 n ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 ∑ k = 1 n x k 2 − n x 1 x ¯ ∑ k = 1 n x k 2 − n x 2 x ¯ ⋯ ∑ k = 1 n x k 2 − n x n x ¯ n x 1 − n x ¯ n x 2 − n x ¯ ⋯ n x n − n x ¯

= 1 ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − x 1 x ¯ 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − x 2 x ¯ ⋯ 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − x n x ¯ x 1 − x ¯ x 2 − x ¯ ⋯ x n − x ¯

β ^ = X t X − 1 X t y

= 1 ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − x 1 x ¯ 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − x 2 x ¯ ⋯ 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − x n x ¯ x 1 − x ¯ x 2 − x ¯ ⋯ x n − x ¯ y 1 y 2 ⋮ y n

= 1 ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − x 1 x ¯ y 1 + 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − x 2 x ¯ y 2 + ⋯ + 1 n ∑ k = 1 n x k 2 − x n x ¯ y n x 1 − x ¯ y 1 + x 2 − x ¯ y 2 + ⋯ + x n − x ¯ y n

= 1 ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 1 n ∑ k = 1 n x k 2 ∑ i = 1 n y i − ∑ i = 1 n x i y i x ¯ ∑ i = 1 n x i y i − x ¯ ∑ i = 1 n y i

= 1 ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 ∑ k = 1 n x k 2 1 n ∑ i = 1 n y i − ∑ i = 1 n x i y i x ¯ ∑ i = 1 n x i y i − n x ¯ 1 n ∑ i = 1 n y i

= 1 ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 ∑ k = 1 n x k 2 y ¯ − ∑ i = 1 n x i y i x ¯ ∑ i = 1 n x i y i − n x ¯ y ¯

= ∑ k = 1 n x k 2 y ¯ − ∑ i = 1 n x i y i x ¯ ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 ∑ i = 1 n x i y i − n x ¯ y ¯ ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2   ・・・・・・(6)

共分散の関係式より

1 n ∑ i = 1 n x i − x ¯ y i − y ¯ = 1 n ∑ i = 1 n x i y i − x ¯ y ¯

∑ i = 1 n x i − x ¯ y i − y ¯ = ∑ i = 1 n x i y i − n x ¯ y ¯   ・・・・・・(7)

ここで

∑ k = 1 n x k 2 y ¯ − ∑ i = 1 n x i y i x ¯ = ∑ k = 1 n x k 2 y ¯ − n x ¯ 2 y ¯ − ∑ i = 1 n x i y i x ¯ + n x ¯ 2 y ¯

= ∑ k = 1 n x k 2 − n x ¯ 2 y ¯ − ∑ i = 1 n x i y i − n x ¯ y ¯ x ¯

(5),(7)の関係式を用いて式を書き換える

= ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 y ¯ − ∑ i = 1 n x i − x ¯ y i − y ¯ x ¯   ・・・・・・(8)

= ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 y ¯ − ∑ i = 1 n x i − x ¯ y i − y ¯ x ¯ ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 ∑ i = 1 n x i − x ¯ y i − y ¯ ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2

= y ¯ − ∑ i = 1 n x i − x ¯ y i − y ¯ x ¯ ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2 ∑ i = 1 n x i − x ¯ y i − y ¯ ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2

よって

β ^ 0 = y ¯ − ∑ i = 1 n x i − x ¯ y i − y ¯ x ¯ ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2   ・・・・・・(9)

β ^ 1 = ∑ i = 1 n x i − x ¯ y i − y ¯ ∑ k = 1 n x k − x ¯ 2   ・・・・・・(10)

(9)と(10)より

β ^ 0 = y ¯ − β ^ 1 x ¯

⇒元のページに戻る

 

ホーム>>カテゴリー分類>>確率>>統計>>回帰係数の確率分布(線形単回帰)

 最終更新日: 2026年7月13日