Supponiamo di specificare un modello AR (1) semplice, con tutte le consuete proprietà,
yt=βyt−1+ut
Indica la covarianza teorica del termine di errore come
γj≡E(utut−j)
Se potessimo osservare il termine di errore, allora l'autocorrelazione di esempio del termine di errore è definita come
ρ~j≡ γ~jγ~0
dove
γ~j≡ 1nΣt = j + 1nutut - j,j = 0 , 1 , 2 ...
Ma in pratica, non osserviamo il termine di errore. Quindi l'autocorrelazione del campione relativa al termine di errore sarà stimata usando i residui della stima, come
γ^j≡ 1nΣt = j + 1nu^tu^t - j,j = 0 , 1 , 2 ...
La statistica Q Box-Pierce (la Ljung-Box Q è solo una versione in scala asintoticamente neutra di essa) è
QB P= n ∑j = 1pρ^2j= ∑j = 1p[ n--√ρ^j]2→d? ? ?χ2( p )
Il nostro problema è esattamente se si può dire che abbia asintoticamente una distribuzione chi-quadro (sotto il valore zero di autocorellazione nel termine dell'errore) in questo modello.
Perché ciò accada, ognuno di √QB P
deve essere asintoticamente normale standard. Un modo per verificarlo è esaminare se √n--√ρ^j ha la stessa distribuzione asintotica come √n--√ρ^ (che è costruito usando gli errori veri, e così ha il comportamento asintotico desiderato sotto il null).n--√ρ~
Abbiamo quello
u^t= yt- β^yt - 1= ut- ( β^- β) yt - 1
dove β è uno stimatore consistente. Cosìβ^
γ^j≡ 1nΣt = j + 1n[ ut- ( β^- β) yt - 1] [ ut - j- ( β^- β) yt - j - 1]
= γ~j- 1nΣt = j + 1n( β^- β) [ utyt - j - 1+ ut - jyt - 1] +1nΣt = j + 1n( β^- β)2yt - 1yt - j - 1
Si presume che il campione sia stazionario ed ergodico e si presume che i momenti esistano fino all'ordine desiderato. Dal momento che lo stimatore β è consistente, questo è sufficiente per le due somme di andare a zero. Quindi concludiamoβ^
γ^j→pγ~j
Questo implica che
ρ^j→pρ~j→pρj
Ma ciò non garantisce automaticamente che converge a √n--√ρ^jn--√ρ~j(in distribuzione) (si pensi che il teorema della mappatura continua non si applica qui perché la trasformazione applicata alle variabili casuali dipende da). Perché ciò accada, abbiamo bisognon
n--√γ^j→dn--√γ~j
(il denominatore -tilde o hat- converge alla varianza del termine di errore in entrambi i casi, quindi è neutro per il nostro problema).γ0
abbiamo
n--√γ^j= n--√γ~j- 1nΣt = j + 1nn--√( β^- β) [ utyt - j - 1+ ut - jyt - 1]+ 1nΣt = j + 1nn--√( β^- β)2yt - 1yt - j - 1
Quindi la domanda è: fai queste due somme, moltiplicate ora per , vai a zero in probabilità in modo che rimarremo con √n--√asintoticamente?n--√γ^j= n--√γ~j
Per la seconda somma che abbiamo
1nΣt = j + 1nn--√( β^- β)2yt - 1yt - j - 1= 1nΣt = j + 1n[ n--√( β^- β) ] [ ( β^- β) yt - 1yt - j - 1]
Dal converge ad una variabile casuale, e β è coerente, questo andrà a zero.[ n--√( β^- β) ]β^
Per la prima somma, anche qui abbiamo questo converge ad una variabile casuale, e quindi si ha che [ n--√( β^- β) ]
1nΣt = j + 1n[ utyt - j - 1+ ut - jyt - 1] →pE[ utyt - j - 1] + E[ ut - jyt - 1]
Il primo valore atteso, è zero in base alle ipotesi del modello AR (1) standard. Ma il secondo valore atteso non lo è , poiché la variabile dipendente dipende da errori passati.E[ utyt - j - 1]
Quindi non avrà la stessa distribuzione asintotica come √n--√ρ^j. Ma la distribuzione asintotica di quest'ultimo è Normale standard, che è quella che porta a una distribuzione chi-quadrata quando si quadrano i campern--√ρ~j
Pertanto, concludiamo che in un modello di serie storiche pure, la statistica Box-Pierce Q e la statistica Ljung-Box Q non si può dire che abbia una distribuzione chi-quadro asintotica, quindi il test perde la sua giustificazione asintotica.
Ciò accade perché la variabile del lato destro (qui il ritardo della variabile dipendente) in base alla progettazione non è strettamente esogena al termine dell'errore e abbiamo scoperto che è necessaria una tale esogeneità rigorosa affinché la statistica Q BP / LB abbia il distribuzione asintotica postulata.
Qui la variabile del lato destro è solo "predeterminata", e quindi il test Breusch-Pagan è valido. (per l'insieme completo delle condizioni richieste per un test asintoticamente valido, vedere Hayashi 2000, p. 146-149).