回帰係数の確率分布(線形単回帰)

【前提条件】

誤差はランダムに生じ,平均 0 正規分布に従うと仮定する.式で表すと以下のようになる.

  1. ε i N 0 , σ 2 :誤差は正規分布に従い,その平均は 0 E ε i = 0 ), その分散は σ 2 E ε i 2 = V ε i = σ 2 ),である.
  2. i j のとき, ε i ε j は互いに独立である(独立ならば無相関であるから, i j のとき共分散 Cov ε i , ε j = 0 である(ここを参照)).

V β ^ 1 = V β 1 + i = 1 n x i x ¯ ε i i = 1 n x i x ¯ 2

ε i を確率変数とし, V a X + b = a 2 V X の関係を使って計算すると

= 1 i = 1 n x i x ¯ 2 2 V i = 1 n x i x ¯ ε i

= 1 i = 1 n x i x ¯ 2 2 V x 1 x ¯ ε 1 + x 2 x ¯ ε 2 + + x n x ¯ ε n

前提条件と X Y が独立のとき V X + Y = V X + V Y が成り立つことより

= 1 i = 1 n x i x ¯ 2 2 x 1 x ¯ 2 V ε 1 + x 2 x ¯ 2 V ε 2 + + x n x ¯ 2 V ε n

V ε i = σ 2 と仮定していることより

= 1 i = 1 n x i x ¯ 2 2 x 1 x ¯ 2 σ 2 + x 2 x ¯ 2 σ 2 + + x n x ¯ 2 σ 2

= i = 1 n x i x ¯ 2 σ 2 i = 1 n x i x ¯ 2 2

= σ 2 i = 1 n x i x ¯ 2

V β ^ 0 = V β 0 + j = 1 n 1 n x j x ¯ x ¯ i = 1 n x i x ¯ 2 ε j

ε i を確率変数とし, V a X + b = a 2 V X の関係を使って計算すると

= V j = 1 n 1 n x j x ¯ x ¯ i = 1 n x i x ¯ 2 ε j

= V j = 1 n i = 1 n x i x ¯ 2 n x j x ¯ x ¯ n i = 1 n x i x ¯ 2 ε j

= 1 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 V j = 1 n i = 1 n x i 2 n x ¯ 2 n x j x ¯ + n x ¯ 2 ε j

= 1 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 V j = 1 n i = 1 n x i 2 n x j x ¯ ε j

= 1 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 V i = 1 n x i 2 n x 1 x ¯ ε 1 + i = 1 n x i 2 n x 2 x ¯ ε 2 + + i = 1 n x i 2 n x n x ¯ ε n

前提条件と X Y が独立のとき V X + Y = V X + V Y が成り立つことより

= 1 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 i = 1 n x i 2 n x 1 x ¯ 2 V ε 1 + i = 1 n x i 2 n x 2 x ¯ 2 V ε 2 + + i = 1 n x i 2 n x n x ¯ 2 V ε n

V ε i = σ 2 と仮定していることより

= 1 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 i = 1 n x i 2 n x 1 x ¯ 2 σ 2 + i = 1 n x i 2 n x 2 x ¯ 2 σ 2 + + i = 1 n x i 2 n x n x ¯ 2 σ 2

= σ 2 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 i = 1 n x i 2 2 2 n x 1 x ¯ i = 1 n x i 2 + n 2 x 1 2 x ¯ 2 + i = 1 n x i 2 2 2 n x 2 x ¯ i = 1 n x i 2 + n 2 x 2 2 x ¯ 2 + + i = 1 n x i 2 2 2 n x n x ¯ i = 1 n x i 2 + n 2 x n 2 x ¯ 2

= σ 2 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 n i = 1 n x i 2 2 2 n x ¯ i = 1 n x i 2 i = 1 n x i + n 2 x ¯ 2 i = 1 n x i 2

= σ 2 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 n i = 1 n x i 2 2 2 n 2 x ¯ 2 i = 1 n x i 2 + n 2 x ¯ 2 i = 1 n x i 2

= σ 2 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 n i = 1 n x i 2 i = 1 n x i 2 n x ¯ 2

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

= σ 2 n i = 1 n x i x ¯ 2 2 n i = 1 n x i 2 i = 1 n x i x ¯ 2

= σ 2 i = 1 n x i 2 n i = 1 n x i x ¯ 2

 

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 最終更新日: 2026年7月22日