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Distribución de un estadístico de prueba bajo la hipótesis alternativa

He estado leyendo el libro de Davidson Teoría y métodos econométricos y no puedo entender un párrafo en particular sobre la distribución de un estadístico de prueba.En el párrafo siguiente dice que bajo la hipótesis alternativa si la verdadera $\beta$ es igual a $\beta_1$ entonces $\hat b= \beta_1+\hat\gamma$ . Luego define $z=(\beta_1+\hat\gamma-\beta_0)/(\sigma^2/\nu)$ y encuentra la media y la varianza dadas por 4,04. ¿Por qué lo hace? Entiendo cómo obtiene la media y la varianza pero no entiendo por qué lo hace porque al final no obtenemos una variable normal estándar sino una variable con media $\lambda$ y la varianza 1. enter image description here

Llevo un tiempo atascado aquí, así que cualquier ayuda será muy apreciada.

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Bernard Puntos 10700

El modelo es

$$y_t = \beta +u_t,\;\; u_t\sim N(0, \sigma^2),\; t=1,...,n$$

y la muestra es independiente. El estimador es

$$\hat \beta = \frac1n\sum_{t=1}^n y_t = \frac1n\sum_{t=1}^n (\beta +u_t) = \beta + \frac1n\sum_{t=1}^n u_t$$

Si $\beta = \beta_1$ (donde $\beta_1$ es algún valor diferente al $\beta_0$ que establecemos como hipótesis nula), entonces los autores establecen $\frac1n\sum_{t=1}^n u_t \equiv \hat \gamma$ y por eso escriben que bajo la alternativa tenemos

$$\hat \beta = \beta_1 +\hat \gamma$$

Desde el $u'$ son i.i.d normales su suma/media también es normal. Entonces la distribución del estimador es

$$\hat \beta \sim N(\beta, \sigma^2/n)$$

Supongamos que establecemos como hipótesis nula que $H_0:\beta = \beta_0$ . y la alternativa $H_1:\beta \neq \beta_0$ .

Entonces formamos el estadístico (que es una función del estimador, no el estimador mismo)

$$z = \frac{\hat \beta - \beta_0}{\sigma/ \sqrt{n}}$$

La distribución de esta estadística es ( antes de especificando cualquier hipótesis a probar)

$$z \sim N\left(\frac{\beta - \beta_0}{\sigma /\sqrt{n}},1\right)$$

Supongamos que planteamos como hipótesis nula que $H_0: \beta = \beta_0$ . Entonces, si la hipótesis nula es verdadera, obtenemos

$$z|_{H_0} \sim N\left(0,1\right)$$

Si la alternativa es verdadera, entonces sustituimos por $\hat \beta$ para conseguir

$$z|_{H_1} = \frac{\beta_1 +\hat \gamma - \beta_0}{\sigma /\sqrt{n}} = \frac{\beta_1 - \beta_0}{\sigma \sqrt{n}}+\frac{\hat \gamma }{\sigma /\sqrt{n}}$$

El primer término es una constante, el segundo término es una v.r. normal (recuerde lo que $\hat \gamma$ significa). Así que la distribución de la estadística bajo la alternativa es

$$z|_{H_1} \sim N\left(\frac{\beta_1 - \beta_0}{\sigma /\sqrt{n}},1\right)$$

y los autores escriben

$$\lambda \equiv \frac{\beta_1 - \beta_0}{\sigma /\sqrt{n}}$$

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Brian Willis Puntos 5426

Leyendo el libro, $z=\frac{\hat\beta-\beta_0}{(\sigma^2/n)^{(1/2)}}$

La distribución de $z$ en $H_0$ determinará los valores críticos para un nivel de significación dado $\alpha$ es decir, determinará la probabilidad de errores de tipo I (probabilidad de rechazar el nulo, cuando el nulo es verdadero).

La distribución de $z$ en $H_1$ (4.04) definirá la probabilidad de errores de tipo II (no rechazar la nula cuando la alternativa es la hipótesis verdadera).

Cuanto más cercanas -las medias son cercanas- son las distribuciones de z bajo la nula y la alternativa, mayor es la probabilidad de errores de tipo II. En la imagen de abajo, tenemos varios pdf para distribuciones normales. En azul, la distribución tiene media cero; en rojo, media 1; y en amarillo, media 2.

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En los valores críticos habituales de $1.96$ y $-1.96$ (para un $\alpha=0.05$ ), podemos ver una línea vertical. Cuando estamos en la curva azul, es decir, bajo el nulo, podemos calcular la probabilidad de error de tipo I, como el área a la derecha de la línea vertical más a la derecha, a la izquierda de la línea vertical más a la izquierda y por debajo de la línea azul.

Para calcular el error de tipo II, comprobamos en el intervalo entre las líneas verticales(no rechazar $H_0$ área), bajo la curva roja o amarilla, según los valores que $\beta$ realmente se necesita. Obsérvese que el área bajo dicha curva aumentará cuanto más cerca esté la curva de la distribución nula. En este caso, la probabilidad de error de tipo II es mayor cuando la alternativa es el modelo verdadero y la media de la distribución es 1.

Al deducir la distribución de z bajo la alternativa, los autores quieren dar una idea del tipo de región de rechazo que se obtendrá, al hacer inferencia en este escenario.

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