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مسابقة دكتوراه 2020Centre Universitaire Salhi Ahmed - Naâma — الموضوع 04

مسابقة تخصص · Probabilités & Statistiques

Concours d'accès en 1ère année Doctorat en Mathématiques — Sujet 2 : Statistique, Centre Universitaire Salhi Ahmed - Naâma, Institut des Sciences et Technologies, Département de Mathématiques et Informatique — Année universitaire 2019/2020.

التمرين 1

Exercice 1 — Estimation paramétrique : loi de Weibull, EMV, biais et convergence

#statistics#maximum-likelihood#weibull-distribution#unbiased-estimator

Première partie : Estimation paramétrique.

On considère la variable aléatoire réelle XX de densité f(x)f(x) telle que :

f(x,θ)={3x2θexp ⁣(x3θ)si x>0, θ>0 0sinon.f(x,\theta) = \begin{cases} \dfrac{3x^2}{\theta}\exp\!\left(-\dfrac{x^3}{\theta}\right) & \text{si } x\gt 0,\ \theta\gt 0 \\\ 0 & \text{sinon.} \end{cases}

  1. (4 pts) Soit Y=X3θY=\dfrac{X^3}{\theta}. Calculer la loi de YY. En déduire E(Y)\mathbb{E}(Y), Var(Y)\operatorname{Var}(Y), E(X3)\mathbb{E}(X^3) et Var(X3)\operatorname{Var}(X^3).
  2. (3 pts) Déterminer l'estimateur de maximum de vraisemblance θ^n\widehat{\theta}_n de θ\theta.
  3. (3 pts) θ^n\widehat{\theta}_n est-il sans biais ? Est-il convergent ?
الحل

1.

Pour y>0y\gt 0 : Y=X3θY=\dfrac{X^3}{\theta}, avec x=(θy)1/3x=(\theta y)^{1/3}, dx=13θ1/3y2/3dydx=\tfrac{1}{3}\theta^{1/3}y^{-2/3}dy. On obtient

fY(y)=3(θy)2/3θey13θ1/3y2/3=ey.f_Y(y)=\frac{3(\theta y)^{2/3}}{\theta}e^{-y}\cdot\tfrac{1}{3}\theta^{1/3}y^{-2/3}=e^{-y}.

Donc YE(1)Y\sim\mathcal{E}(1) (exponentielle de paramètre 1). D'où E(Y)=1\mathbb{E}(Y)=1, Var(Y)=1\operatorname{Var}(Y)=1.

Comme X3=θYX^3=\theta Y : E(X3)=θ\mathbb{E}(X^3)=\theta et Var(X3)=θ2\operatorname{Var}(X^3)=\theta^2.

2.

Vraisemblance : L(θ)=i=1n3xi2θexi3/θL(\theta)=\prod_{i=1}^n \dfrac{3x_i^2}{\theta}e^{-x_i^3/\theta}. Log-vraisemblance :

(θ)=ctenlnθ1θi=1nxi3.\ell(\theta)=\text{cte}-n\ln\theta-\frac{1}{\theta}\sum_{i=1}^n x_i^3.

ddθ=nθ+1θ2xi3=0\dfrac{d\ell}{d\theta}=-\dfrac{n}{\theta}+\dfrac{1}{\theta^2}\sum x_i^3=0 donne

θ^n=1ni=1nXi3.\boxed{\widehat{\theta}_n=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^n X_i^3.}

3.

E(θ^n)=1nE(Xi3)=θ\mathbb{E}(\widehat{\theta}_n)=\dfrac{1}{n}\sum \mathbb{E}(X_i^3)=\theta : sans biais.

Var(θ^n)=1n2Var(Xi3)=θ2n0\operatorname{Var}(\widehat{\theta}_n)=\dfrac{1}{n^2}\sum\operatorname{Var}(X_i^3)=\dfrac{\theta^2}{n}\to 0 : θ^n\widehat{\theta}_n est convergent (sans biais et variance tendant vers 0).