La varianza di una somma equivale alla somma delle varianze?


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È (sempre) vero che

Var(∑i=1mXi)=∑i=1mVar(Xi)?

3
Le risposte di seguito forniscono la prova. L'intuizione può essere vista nel caso semplice var (x + y): se xey sono positivamente correlati, entrambi tenderanno ad essere grandi / piccoli insieme, aumentando la variazione totale. Se sono negativamente correlati, tenderanno ad annullarsi a vicenda, diminuendo la variazione totale.
— Assad Ebrahim,

Risposte:


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La risposta alla tua domanda è "A volte, ma non in generale".

Per vedere questo let sono variabili casuali (con varianze finite). Poi,X1,...,Xn

var(∑i=1nXi)=E([∑i=1nXi]2)−[E(∑i=1nXi)]2

Ora notare che , che è evidente se si pensa a quello che stai facendo quando si calcola ( un 1 + . . . + un n ) ⋅ ( un 1 + . . . + un n ) a mano. Perciò,(∑i=1nai)2=∑i=1n∑j=1naiaj(a1+...+an)⋅(a1+...+an)

E([∑i=1nXi]2)=E(∑i=1n∑j=1nXiXj)=∑i=1n∑j=1nE(XiXj)

allo stesso modo,

[E(∑i=1nXi)]2=[∑i=1nE(Xi)]2=∑i=1n∑j=1nE(Xi)E(Xj)

così

var(∑i=1nXi)=∑i=1n∑j=1n(E(XiXj)−E(Xi)E(Xj))=∑i=1n∑j=1ncov(Xi,Xj)

dalla definizione di covarianza.

Ora per quanto riguarda La varianza di una somma equivale alla somma delle varianze? :

  • cov(Xi,Xj)=0i≠j

    var(∑i=1nXi)=∑i=1n∑j=1ncov(Xi,Xj)=∑i=1ncov(Xi,Xi)=∑i=1nvar(Xi)
  • X1,X2σ2cov(X1,X2)=ρ0<ρ<σ2var(X1+X2)=2(σ2+ρ)≠2σ2

  • X1,X2,X3

    (10.4−0.60.410.2−0.60.21)
    var(X1+X2+X3)=3=var(X1)+var(X2)+var(X3)

Pertanto, se le variabili non sono correlate, la varianza della somma è la somma delle varianze, ma il contrario non è vero in generale.


cov(Xi,Xj)=cov(Xj,Xi)cov(X1,X2)=cov(X2,X3)=0.30.6cov(X1,X2)=acov(X2,X,3)=0.6−a

41

Var(∑i=1mXi)=∑i=1mVar(Xi)+2∑i<jCov(Xi,Xj).

0

Var(X1)=1X2=X1Var(X1+X2)=Var(2X1)=4


Raramente sarà vero per le variazioni del campione.
— DWin,

1
X

15

Volevo solo aggiungere una versione più concisa della dimostrazione fornita da Macro, quindi è più facile vedere cosa sta succedendo.

Si noti che poichéVar(X)=Cov(X,X)

Per ogni due variabili casuali abbiamo:X,Y

X,YE(XY)=E(X)E(Y)Var(X+Y)=Var(X)+Var(

Var(X+Y)=Cov(X+Y,X+Y)=E((X+Y)2)−E(X+Y)E(X+Y)by expanding,=E(X2)−(E(X))2+E(Y2)−(E(Y))2+2(E(XY)−E(X)E(Y))=Var(X)+Var(Y)+2(E(XY))−E(X)E(Y))
Pertanto, in generale, la varianza della somma di due variabili casuali non è la somma delle varianze. Tuttavia, se sono indipendenti, quindi e abbiamo .X,YE(XY)=E(X)E(Y)Var(X+Y)=Var(X)+Var(Y)

Si noti che possiamo produrre il risultato per la somma di variabili casuali mediante una semplice induzione.n


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