TD — Estimation statistique
Chapitre 10
ECS (2e année) — TD du Chapitre 10. Estimateurs sans biais, risque quadratique, intervalles de confiance.
Exercice 1
Soit (X_1, \ldots, X_n) un échantillon de variables aléatoires indépendantes suivant la loi uniforme sur [0, \theta].
- Montrer que \overline{X}_n est un estimateur sans biais de \theta/2.
- En déduire un estimateur sans biais de \theta.
Exercice 2
Soit (X_1, \ldots, X_n) un échantillon de variables aléatoires indépendantes suivant la loi exponentielle de paramètre \lambda.
- Montrer que \overline{X}_n est un estimateur sans biais de 1/\lambda.
- Calculer le risque quadratique de \overline{X}_n comme estimateur de 1/\lambda.
Exercice 3
Soit (X_1, \ldots, X_n) un échantillon de variables aléatoires indépendantes de moyenne \mu et de variance \sigma^2.
- Montrer que \overline{X}_n est un estimateur sans biais de \mu.
- Montrer que S_n^2 = \frac{1}{n}\sum_{k=1}^n (X_k - \overline{X}_n)^2 est un estimateur biaisé de \sigma^2.
- Montrer que s_n^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{k=1}^n (X_k - \overline{X}_n)^2 est un estimateur sans biais de \sigma^2.
Exercice 4
Soit (X_1, \ldots, X_n) un échantillon de variables aléatoires indépendantes suivant la loi normale \mathcal{N}(\mu, \sigma^2) avec \sigma connu.
- Montrer que \overline{X}_n \hookrightarrow \mathcal{N}(\mu, \sigma^2/n).
- Déterminer un intervalle de confiance de niveau 95\% pour \mu.
- Déterminer un intervalle de confiance de niveau 99\% pour \mu.
Exercice 5
Soit X \hookrightarrow \mathcal{B}(100, p). On observe X = 45.
- Déterminer un estimateur de p.
- Déterminer un intervalle de confiance de niveau 95\% pour p.
Exercice 6
Soit (X_1, \ldots, X_n) un échantillon de variables aléatoires indépendantes suivant la loi uniforme sur [0, \theta].
- Montrer que M_n = \max(X_1, \ldots, X_n) est un estimateur convergent de \theta.
- Montrer que \frac{n+1}{n} M_n est un estimateur sans biais de \theta.
Exercice 7
Soit (X_1, \ldots, X_n) un échantillon de variables aléatoires indépendantes suivant la loi normale \mathcal{N}(\mu, \sigma^2) avec \sigma = 2 connu. On observe \overline{X}_{100} = 10.
- Déterminer un intervalle de confiance de niveau 95\% pour \mu.
- Déterminer un intervalle de confiance de niveau 99\% pour \mu.
Exercice 8
Soit (X_1, \ldots, X_n) un échantillon de variables aléatoires indépendantes de moyenne \mu et de variance \sigma^2.
- Montrer que \overline{X}_n est un estimateur convergent de \mu.
- Montrer que le risque quadratique de \overline{X}_n comme estimateur de \mu est \sigma^2/n.
Exercice 9
Soit (X_1, \ldots, X_n) un échantillon de variables aléatoires indépendantes suivant la loi exponentielle de paramètre \lambda.
- Montrer que \overline{X}_n est un estimateur convergent de 1/\lambda.
- Déterminer un intervalle de confiance asymptotique de niveau 95\% pour 1/\lambda.
Exercice 10
Soit (X_1, \ldots, X_n) un échantillon de variables aléatoires indépendantes suivant la loi uniforme sur [0, \theta].
- Montrer que \hat{\theta}_1 = 2\overline{X}_n est un estimateur sans biais de \theta.
- Montrer que \hat{\theta}_2 = \frac{n+1}{n} M_n est un estimateur sans biais de \theta.
- Comparer les risques quadratiques de \hat{\theta}_1 et \hat{\theta}_2.