Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit

MAST20005/MAST90058: Assignment 1

2022

Instructions:   See the LMS for the full instructions, including the submission policy and how to submit your assignment.  Remember to submit early and often:  multiple submission are allowed, we will only mark your nal one. Late submissions will receive zero marks.

Problems:

1. Let X1 , . . . , Xn  be a random sample from the binomial distribution Bi(m, p), where m is given.

(a)  Show that pˆ = /m is an unbiased estimator of p.

(b)  Show that var(pˆ) = p(1 - p)/(nm).

(c) Find a value c so that cpˆ(1 - pˆ) is an unbiased estimator of var(pˆ) = p(1 - p)/(mn).

2. A discrete random variable X has the following pmf:   x         0         1        2

p(x)   1 - θ   θ/4   3θ/4

A random sample of size n = 30 produced the following observations:

0, 1, 2, 0, 2, 0, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 0, 1, 0.

For each of the following quantities,  derive a general formula and,  where applicable, calculate it using the given data.

(a)    i. Find  and s for this sample.

ii. Find 匝(X) and var(X).

iii. Find the method of moments estimate of θ .

iv.  Calculate a standard error of this estimate.

(b)    i. Find the likelihood function.

ii.  Show that the maximum likelihood estimate of θ is θˆ = 1 - f0 /n, where f0  is the number of observed 0’s in the sample.

iii.  Calculate a standard error of θˆ.

3. Let X1 , . . . , Xn  be a random sample from the inverse Gaussian distribution, IG(µ, λ), whose pdf is:

f (x l µ, λ) = 1/2 exp {  } ,    x > 0,

where µ = 匝(X1 ) is the mean and λ is called the shape parameter.

(a)  Given that var(X1 ) = µ3 /λ, find the method of moments estimator (MME) of µ and

.

(b)  Show that the maximum likelihood estimator (MLE) of λ is

 =             n            

(c)  Schwartz and Samanta (1991) proved that nλ/  ~ χn(2) 1 . Use this result to derive a 100 . (1 - α)% confidence interval for λ .

(d)  (R) Given the following random sample of size n = 26 from an inverse Gaussian distribution:

3)48  o)3o o)43  ()84  o)4o  o)(4  ()o7  o)3o  o)8o  o)33  o)33  3)o6  ()6( 3)47  o)67 o)((  o)63  o)÷8  o)39  ()o8  o)3(  ()48  o)3÷  3)3o  o)o6  ()(7

i.  Compute the method of moments estimate for λ .

ii.  Compute the maximum likelihood estimate for λ and give a 95% confidence interval.

iii. Do a simulation (assuming µ = 1 and λ = 0.5 and using n = 26) to compare the MME and MLE in terms of their bias and variance. Include a side-by-side boxplot that compares their sampling distributions.

iv. Repeat the simulation with a larger sample size n = 100. How do the bias and variance change?

[Hint:  Quantiles and random number generation for the IG distribution may be computed using the functions qgnydauss一(  and rgnydauss( , respectively, in the R package statmoè .]

4.  (R) Let X be a random variable representing distance travelled (in kilometers) until a tire is worn out. The following are 20 observations of X:

3÷÷8   346(÷    36÷33   ((÷6÷    (4÷((    ÷869   36÷(    6683   3739÷  (437o 3836   36÷o6   36÷34   ((÷9÷    (9733    339o   347o   88÷9   (3÷66  (3÷6÷

(a)  Give basic descriptive statistics for these data and produce a box plot.   Briefly

comment on the center, spread and shape of the distribution.

(b) Assuming a log-normal distribution for X, i.e. ln(X) ~ N(µ, σ2 ), compute maximum

likelihood estimates for the parameters µ and σ .

(c) Draw a density histogram and superimpose a pdf for a log-normal distribution using the estimated parameters.

(d) Draw a QQ plot to compare the data against the tted log-normal distribution. Include a reference line. Comment on the t of the model to the data.