Exercices sur les Estimateurs Statistiques

Série d'exercices pour pratiquer

Exercice 1 : Estimateur de la moyenne

Soit un échantillon de taille n = 5 avec les valeurs suivantes : 2, 4, 6, 8, 10.

  1. Calculez l'estimateur de la moyenne échantillonnale.
  2. Cet estimateur est-il biaisé ? Justifiez votre réponse.

1. L'estimateur de la moyenne échantillonnale est :

X̄ = (1/n) Σ Xᵢ = (2 + 4 + 6 + 8 + 10) / 5 = 30 / 5 = 6

2. Cet estimateur n'est pas biaisé car E[X̄] = μ, où μ est la vraie moyenne de la population. La moyenne échantillonnale est un estimateur sans biais de la moyenne de la population.

Exercice 2 : Variance échantillonnale

Utilisez le même échantillon que dans l'exercice 1 : 2, 4, 6, 8, 10.

  1. Calculez l'estimateur de la variance échantillonnale non biaisée.
  2. Pourquoi utilise-t-on (n-1) au dénominateur plutôt que n ?

1. L'estimateur de la variance échantillonnale non biaisée est :

S² = (1/(n-1)) Σ (Xᵢ - X̄)²

Calcul : S² = [(2-6)² + (4-6)² + (6-6)² + (8-6)² + (10-6)²] / 4 = (16 + 4 + 0 + 4 + 16) / 4 = 40 / 4 = 10

2. On utilise (n-1) au dénominateur pour obtenir un estimateur non biaisé de la variance de la population. Cela compense le fait que nous utilisons la moyenne échantillonnale (qui est elle-même une estimation) dans le calcul de la variance.

Exercice 3 : Propriétés des estimateurs

Considérez l'estimateur suivant pour la moyenne d'une population : T = (X₁ + 2X₂) / 3, où X₁ et X₂ sont deux observations indépendantes de la même distribution avec moyenne μ et variance σ².

  1. Cet estimateur est-il sans biais ? Démontrez votre réponse.
  2. Calculez la variance de cet estimateur en fonction de σ².
  3. Comparez la variance de cet estimateur avec celle de la moyenne échantillonnale standard pour n=2.

1. Pour vérifier si l'estimateur est sans biais, calculons son espérance :

E[T] = E[(X₁ + 2X₂) / 3] = (E[X₁] + 2E[X₂]) / 3 = (μ + 2μ) / 3 = μ

Donc, l'estimateur T est sans biais car son espérance est égale à μ.

2. La variance de T est :

Var(T) = Var((X₁ + 2X₂) / 3) = (Var(X₁) + 4Var(X₂)) / 9 = (σ² + 4σ²) / 9 = 5σ² / 9

3. La variance de la moyenne échantillonnale standard pour n=2 est :

Var(X̄) = σ² / 2

Comparaison : 5σ² / 9 < σ² / 2, donc l'estimateur T a une variance plus faible et est plus efficace que la moyenne échantillonnale standard pour n=2.

Exercices supplémentaires

Pour plus de pratique, essayez ces exercices :

Revoir le cours sur les estimateurs