題目: \(\) 1. 假設 \(F=\{u_1,u_2,u_3,u_4\}\)是一個僅僅包含四個元素的小規模有限母體(finite population),而 \(y_1 = 1, y_2 = 3, y_3 = 3, y_4 = 9\) 四個元素的研究變數(study variable)值分別為 。我們採 用不置回的簡單隨機抽樣(simple random sampling without replacement)從母體F 之中抽出 樣本大小(sample size)為 \(n = 2\) 的樣本組合,並以\(Y_1, Y_2\) 來表示此樣本組合中的兩個樣本數據(註:採用大寫英文字母Y,表示樣本數據皆為隨機變數)。試求\(Y_1\) 與\(Y_2\)的聯合機率分佈(joint probability distribution)以及\(Y_1\)與\(Y_2\)的共變異數(covariance)。(15分) 2. 假設前一小題之中抽出樣本大小為 \(n = 3\)的樣本組合,並以\(Y_1,Y_2, Y_3\)來表示此樣本組合中的 三個樣本數據。試求Y1與Y3的共變異數。(5 分) 解答: (公式推導法) 1. 因為選取機制是取出不放回,故第一個隨機變數有 N 個可能性,第二個隨機變數有 N - 1 個可能性。 聯合機率分配為 \(P(Y_1,Y_2) = 1 / {N(N-1)}\) 四個元素取出兩個元素 每種組合可能性發生的機率為 1/12 共變異數 \(Cov(Y_i, Y_j) \) $$= E[(Y_i - \mu_y)(Y_j - \mu_y)]$$ $$=\sum_{i,j \in (1,4), i \neq j} (y_i - \mu_y)(y_j - \mu_y)P(y_i, y_j) \, //離散型$$ $$=\sum_{i,j \in (1,4), i \neq j} \frac{(y_i - \mu_y)(y_j - \mu_y)}{N(N-1)}$$ $$=\frac{\sum_{i \in (1,4)} (y_i - \mu_y)\sum_{j \in (1,4)} (y_j - \mu_y)-\sum_{i=j}(y_i - \mu_y)(y_j - \mu_y)}{N(N-1)}$$ $$=\fra