112 年 國立中山大學財務管理學系碩士班乙組《統計學》

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第 1 題5 分

【題組:包括第1-4題。再次提醒:第1-4題為單選題。】
令{Z1,Z2,Z3,Z4}\{Z_1, Z_2, Z_3, Z_4\} 為一組連續型隨機樣本,其中每一個隨機變數皆服從標準常態分配,期望值皆為0,變異數皆為1。

  1. Z12+Z22+Z32+Z42Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2 + Z_4^2 的變異數是以下何者?
    (A) 2
    (B) 4
    (C) 8
    (D) 12
    (E) 16

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這一題的完整詳解

本題考驗對隨機變數線性組合變異數性質以及卡方分配的理解。
標準常態分配隨機變數 Z∼N(0,1)Z \sim N(0, 1)。
若 Z1,Z2,Z3,Z4Z_1, Z_2, Z_3, Z_4 為獨立的標準常態隨機變數,則 Zi2Z_i^2 服從自由度為 1 的卡方分配,即 Zi2∼χ2(1)Z_i^2 \sim \chi^2(1)。
卡方分配 χ2(k)\chi^2(k) 的期望值為 kk,變異數為 2k2k。
因此,對於 Zi2Z_i^2:
E(Zi2)=1E(Z_i^2) = 1
Var(Zi2)=2×1=2Var(Z_i^2) = 2 \times 1 = 2

令 W=Z12+Z22+Z32+Z42W = Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2 + Z_4^2。

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第 2 題5 分

【題組:包括第1-4題。再次提醒:第1-4題為單選題。】
令{Z1,Z2,Z3,Z4}\{Z_1, Z_2, Z_3, Z_4\} 為一組連續型隨機樣本,其中每一個隨機變數皆服從標準常態分配,期望值皆為0,變異數皆為1。

  1. Z12Z22\frac{Z_1^2}{Z_2^2} 的變異數是以下何者?
    (A) 1
    (B) π\pi
    (C) 2
    (D) 1π\frac{1}{\pi}
    (E) 以上皆非

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這一題的完整詳解

本題考驗對隨機變數比率變異數的理解,以及 F 分配的相關知識。
Z1Z_1 和 Z2Z_2 是獨立的標準常態隨機變數,所以 Z12∼χ2(1)Z_1^2 \sim \chi^2(1) 且 Z22∼χ2(1)Z_2^2 \sim \chi^2(1)。
我們知道 Z12Z22\frac{Z_1^2}{Z_2^2} 服從自由度為 (1, 1) 的 F 分配,即 Z12Z22∼F(1,1)\frac{Z_1^2}{Z_2^2} \sim F(1, 1)。

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第 3 題5 分

【題組:包括第1-4題。再次提醒:第1-4題為單選題。】
令{Z1,Z2,Z3,Z4}\{Z_1, Z_2, Z_3, Z_4\} 為一組連續型隨機樣本,其中每一個隨機變數皆服從標準常態分配,期望值皆為0,變異數皆為1。

  1. 令隨機變數 Y=Z1Z2+Z3Y = \frac{Z_1}{Z_2+Z_3}, YY 的變異數是以下何者?
    (A) 14\frac{1}{4}
    (B) 18\frac{1}{8}
    (C) 116\frac{1}{16}
    (D) 124\frac{1}{24}
    (E) 以上皆非

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這一題的完整詳解

本題考驗對隨機變數比率變異數的理解。
Z1,Z2,Z3Z_1, Z_2, Z_3 是獨立的標準常態隨機變數。
Z2+Z3Z_2+Z_3 服從平均值為 0+0=00+0=0,變異數為 Var(Z2)+Var(Z3)=1+1=2Var(Z_2)+Var(Z_3) = 1+1=2 的常態分配。
令 W=Z2+Z3W = Z_2+Z_3,則 W∼N(0,2)W \sim N(0, 2)。
Y=Z1WY = \frac{Z_1}{W}。
Z1Z_1 和 WW 是獨立的,因為 Z1Z_1 與 Z2,Z3Z_2, Z_3 獨立。
E(Z1)=0E(Z_1)=0, Var(Z1)=1Var(Z_1)=1。
E(W)=0E(W)=0, Var(W)=2Var(W)=2。

計算 Var(Y)=Var(Z1W)Var(Y) = Var(\frac{Z_1}{W})。
這是一個複雜的計算,通常不會直接計算這種比率的變異數,除非有特殊結構。
由於 E(W)=0E(W)=0,直接使用 Var(XY)=E[(XY)2]−[E(XY)]2Var(\frac{X}{Y}) = E[(\frac{X}{Y})^2] - [E(\frac{X}{Y})]^2 會遇到除以零的期望值問題。
然而,我們可以利用期望值的性質來思考。
E(Y)=E(Z1Z2+Z3)E(Y) = E(\frac{Z_1}{Z_2+Z_3})。

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第 4 題5 分

【題組:包括第1-4題。再次提醒:第1-4題為單選題。】
令{Z1,Z2,Z3,Z4}\{Z_1, Z_2, Z_3, Z_4\} 為一組連續型隨機樣本,其中每一個隨機變數皆服從標準常態分配,期望值皆為0,變異數皆為1。

  1. 令隨機變數 T=2(Z12+Z22)Z12+Z22+Z32+Z42T = \frac{2(Z_1^2+Z_2^2)}{Z_1^2+Z_2^2+Z_3^2+Z_4^2}, TT 的變異數是以下何者?
    (A) 13\frac{1}{3}
    (B) 16\frac{1}{6}
    (C) 112\frac{1}{12}
    (D) 118\frac{1}{18}
    (E) 以上皆非

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這一題的完整詳解

本題考驗對卡方分配及其比率變異數的理解。
Z1,Z2,Z3,Z4Z_1, Z_2, Z_3, Z_4 是獨立的標準常態隨機變數。
根據第一題的分析,我們知道:
Z12+Z22∼χ2(2)Z_1^2+Z_2^2 \sim \chi^2(2)
Z12+Z22+Z32+Z42∼χ2(4)Z_1^2+Z_2^2+Z_3^2+Z_4^2 \sim \chi^2(4)

令 A=Z12+Z22A = Z_1^2+Z_2^2 且 B=Z32+Z42B = Z_3^2+Z_4^2。
則 A∼χ2(2)A \sim \chi^2(2) 且 B∼χ2(2)B \sim \chi^2(2)。
AA 和 BB 是獨立的,因為它們由不同的 ZiZ_i 組成。
T=2AA+BT = \frac{2A}{A+B}。
A+B∼χ2(4)A+B \sim \chi^2(4)。

我們可以將 TT 改寫成 T=2AA+B=21+BAT = \frac{2A}{A+B} = \frac{2}{1 + \frac{B}{A}}。
AB\frac{A}{B} 服從自由度為 (2,2)(2, 2) 的 F 分配。

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第 5 題16 分

  1. 研究者想了解成年人對於金融知識的了解程度,設計測驗問卷請受測者回答並予以評分。
    這次的研究共有16位受測者,得分由小至大排列如下:
    32 35 37 45 46 56 58 61 65 70 72 77 79 85 88 90
    研究者運用R語言進行統計分析,將以上16個數據存放在f_grade變數中,並且想了解以下
    內容:
    (i) 這16個數據的敘述統計;
    (ii) 金融知識測驗分數的母體平均數是否為60分,使用指令
    t.test(f_grade, mu=60, alternative="two.sided", conf.level=0.95),得到表一;
    (iii)及格標準若為60分,母體及格比例是否大於0.5,使用指令
    prop.test(9,16,0.5,alternative="greater", correct=F),得到表二。
    以下敘述哪些或哪一項正確?
    (A) 使用 summary(f_grade)指令,得到的第一四分位數是45.5。
    (B) 表一(甲)這格數字大於72.5。
    (C) 如果信心水準改為90%,則表一雙尾信賴區間的寬度會變窄。
    (D) 表二(乙)這格數字等於0.25。
    (E) 表二(丙)這格數字小於0.8。

One Sample t-test
data: f_grade
表一:用於回答第5題
t = 0.46886, df = (??), p-value = 0.6459
alternative hypothesis: true mean is not equal to 60
95 percent confidence interval:
52.02145 (甲)
sample estimates:
mean of x
62.25

1-sample proportions test without continuity correction
data: 9 out of 16, null probability 0.5
X-squared = (乙), df = (??), p-value = 0.3085
alternative hypothesis: true p is greater than 0.5
95 percent confidence interval:
0.3645782 (丙)
sample estimates:
p
(??)

🖼️ 本題含圖表,以下為原卷對應頁面:
原卷第 3 頁

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查:

  1. R 語言 summary() 的四分位數計算。
  2. 單一母體平均數的 tt 檢定與信賴區間。
  3. 單一母體比例的卡方檢定與信賴區間。
  4. 信心水準對信賴區間寬度的影響。

解題方法

資料共有 n=16n=16 筆,總和為 996996,因此樣本平均數為

xˉ=99616=62.25\bar{x}=\frac{996}{16}=62.25

一、第一四分位數

R 的 summary() 預設使用第 7 型四分位數。第一四分位數的位置為

h=(n−1)(0.25)+1=15(0.25)+1=4.75h=(n-1)(0.25)+1=15(0.25)+1=4.75

第 4 筆與第 5 筆資料分別為 4545、4646,所以

Q1=45+0.75(46−45)=45.75Q_1=45+0.75(46-45)=45.75

二、表一:單一母體平均數的 tt 檢定

檢定統計量為

t=xˉ−μ0s/nt=\frac{\bar{x}-\mu_0}{s/\sqrt{n}}

其中 μ0=60\mu_0=60,自由度為

df=n−1=15df=n-1=15

由資料可得樣本標準差約為

s=19.1955s=19.1955

因此標準誤為

sn=19.19554=4.7989\frac{s}{\sqrt{n}}=\frac{19.1955}{4}=4.7989

在 95% 信賴水準下,

xˉ±t0.975,15sn\bar{x}\pm t_{0.975,15}\frac{s}{\sqrt{n}} =62.25±2.13145(4.7989)=62.25\pm 2.13145(4.7989)

故信賴區間為

[52.02145,  72.47855][52.02145,\;72.47855]

所以表一中的

甲=72.47855\text{甲}=72.47855

三、表二:單一母體比例檢定

樣本中及格者有 99 人,總人數為 1616 人,樣本比例為

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第 6 題16 分

  1. 考慮下列迴歸模型: Yi=β0+β1xi1+β2xi2+β3xi3+ϵiY_i = \beta_0 + \beta_1x_{i1} + \beta_2x_{i2} + \beta_3x_{i3} + \epsilon_i, 其中 ii 表示第 ii 組樣本,誤差項 ϵi\epsilon_i 為 i.i.d. 且 ϵi∼N(0,σ2)\epsilon_i \sim N(0, \sigma^2), i=1,2,...,ni = 1,2,...,n。研究者取得的 YY、X1X_1、X2X_2、X3X_3 資料數據皆為正數,而且自變數之間沒有線性重合。如果樣本數 n=200n = 200,以下敘述哪些或哪一項正確?
    (A) 考慮假設檢定:虛無假設是 β0=0\beta_0=0,對立假設是 β0≠0\beta_0 \neq 0,如果得到不拒絕虛無假設的結論,最好是重跑另一個無截距模型(自變數仍為 X1,X2,X3X_1, X_2, X_3,應變數仍為 YY),用無截距模型對 β1,β2,β3\beta_1, \beta_2, \beta_3 進行推論。
    (B) 考慮兩組假設檢定: (i) 虛無假設是 β1=β2=β3=0\beta_1 = \beta_2 = \beta_3 = 0,對立假設是 β1,β2,β3\beta_1, \beta_2, \beta_3 不全為 0; (ii) 虛無假設是 β1=0\beta_1 = 0,對立假設是 β1≠0\beta_1 \neq 0。在顯著水準為 0.05 的前提下如果在第 (ii) 組得到拒絕虛無假設的結論,則第 (i) 組也會得到拒絕虛無假設的結論。
    (C) 考慮假設檢定:虛無假設是 β2=0\beta_2=0,對立假設是 β2≠0\beta_2 \neq 0。在顯著水準為 0.05 的前提下如果得到不拒絕虛無假設的結論,我們將第二個自變數由 x2x_2 改為 ln⁡(x2)\ln(x_2) 並且同時考慮自變數 X1X_1 與 X3X_3,重跑迴歸後,同樣會得到不拒絕虛無假設的結論。
    (D) 考慮假設檢定:虛無假設是 β3=0\beta_3 = 0,對立假設是 β3≠0\beta_3 \neq 0。在顯著水準為 0.05 的前提下如果得到不拒絕虛無假設的結論,當顯著水準改為 0.1,有可能得到拒絕虛無假設的結論。
    (E) 設定 X3=(x2)2X_3=(x_2)^2,考慮兩組假設檢定: (i) 虛無假設是 β2=0\beta_2=0,對立假設是 β2≠0\beta_2 \neq 0; (ii) 虛無假設是 β3=0\beta_3=0,對立假設是 β3≠0\beta_3 \neq 0。在顯著水準為 0.05 的前提下如果在第 (ii) 組得到拒絕虛無假設的結論,第 (i) 組未必得到拒絕虛無假設的結論。

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這一題的完整詳解

本題考驗對迴歸分析中假設檢定、模型設定、變數轉換以及檢定結果解釋的理解。

模型: Yi=β0+β1xi1+β2xi2+β3xi3+ϵiY_i = \beta_0 + \beta_1x_{i1} + \beta_2x_{i2} + \beta_3x_{i3} + \epsilon_i, 其中 ϵi∼N(0,σ2)\epsilon_i \sim N(0, \sigma^2) 獨立同分布, n=200n=200。自變數無共線性。

分析選項 (A):
若檢定 β0=0\beta_0=0 時不拒絕虛無假設,這表示在顯著水準 α\alpha 下,我們沒有足夠證據顯示 β0≠0\beta_0 \neq 0。然而,這並不意味著 β0\beta_0 確實為 0。
如果我們不拒絕 β0=0\beta_0=0,這表示模型中包含截距項 β0\beta_0 可能不是必須的。
但是,直接重跑一個無截距模型並不能保證對 β1,β2,β3\beta_1, \beta_2, \beta_3 的推論會更好。
一個常見的做法是,如果 β0\beta_0 不顯著,可以考慮移除截距項。然而,是否移除截距項也需要根據理論或模型的目的來決定。
即使不拒絕 β0=0\beta_0=0,這並不代表 β0\beta_0 真的為 0, 移除截距項可能會改變對其他係數的估計和推論。
而且,移除截距項與保留截距項是兩種不同的模型設定,它們的係數估計值和推論結果可能會有差異。
通常,如果理論上認為截距項應該存在,即使其統計檢定不顯著,也應保留。
因此,「最好是重跑另一個無截距模型」的說法不一定正確。
此外,如果我們不拒絕 β0=0\beta_0=0,且模型的擬合優度 (如 R2R^2) 仍然很高,則可以考慮移除截距項。
但這並非絕對,且「最好」的說法過於絕對。
因此,選項 (A) 可能不正確。

分析選項 (B):
(i) 檢定 H0:β1=β2=β3=0H_0: \beta_1 = \beta_2 = \beta_3 = 0 (整體迴歸的顯著性檢定)。
(ii) 檢定 H0:β1=0H_0: \beta_1 = 0 (對 β1\beta_1 的個別檢定)。
在顯著水準 α=0.05\alpha=0.05 下,如果在 (ii) 中拒絕 H0:β1=0H_0: \beta_1=0, 表示 β1\beta_1 顯著不為 0。
這意味著至少有一個自變數對 YY 有顯著影響。
然而,這並不保證 (i) 的虛無假設 H0:β1=β2=β3=0H_0: \beta_1 = \beta_2 = \beta_3 = 0 一定會被拒絕。
因為 (i) 是檢定所有自變數是否同時為 0。如果 β1\beta_1 顯著,但 β2\beta_2 和 β3\beta_3 都非常接近 0,則 (i) 的檢定結果可能是不拒絕。
例如,如果 FF 檢定統計量 (對應 (i)) 的 p-value 大於 0.05,則我們不拒絕 H0H_0。
而 (ii) 的 t 檢定統計量 (對應 β1\beta_1) 的 p-value 小於 0.05,則我們拒絕 H0H_0。
因此,從 (ii) 拒絕 H0H_0 並不必然導致 (i) 拒絕 H0H_0。
例如,一個常見情況是,個別自變數檢定顯著,但整體迴歸檢定不顯著 (這通常發生在自變數較多時,或自變數之間的相關性較高時)。
所以,選項 (B) 敘述不正確。

分析選項 (C):
考慮模型 Yi=β0+β1xi1+β2xi2+β3xi3+ϵiY_i = \beta_0 + \beta_1x_{i1} + \beta_2x_{i2} + \beta_3x_{i3} + \epsilon_i。
檢定 H0:β2=0H_0: \beta_2=0 vs Ha:β2≠0H_a: \beta_2 \neq 0。
如果得到不拒絕 H0H_0 的結論 (即 β2\beta_2 在統計上不顯著)。
現在考慮一個新模型,將 x2x_2 改為 ln⁡(x2)\ln(x_2),並保持 x1,x3x_1, x_3。
新模型為 Yi=γ0+γ1xi1+γ2ln⁡(xi2)+γ3xi3+δiY_i = \gamma_0 + \gamma_1x_{i1} + \gamma_2\ln(x_{i2}) + \gamma_3x_{i3} + \delta_i。

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第 7 題16 分

  1. 研究者想要了解某產業的產出(Y)、勞動投入(L)、資本投入(K)三者間的關係,設計下列迴歸模型:
    lnYi=β0+β1lnLi+β2lnKi+ϵilnY_i = \beta_0 + \beta_1lnL_i + \beta_2lnK_i + \epsilon_i
    其中 ii 表示第 ii 個公司, ϵi\epsilon_i 表示誤差項。研究者收集該產業 61家公司於去年年底的財務資
    料,以適當的代理變數衡量 YY、LL、KK,其中產出 YY 與資本投入 KK 的衡量單位皆為千元,勞動
    投入 LL 的衡量單位為人數。使用 R 語言進行迴歸分析,報表部份內容如表三所示(有些數字
    經四捨五入處理)。
    以下敘述哪些或哪一項正確?
    (A) 在 R 語言若要對於某個數據取自然對數,可運用函數 ln。
    (B) 表三(丁)這格數字大於(戊)這格數字。
    (C) β1\beta_1 的係數估計值意義是:在其他條件不變的前提下,當勞動投入增加 1%,產出將增加
    0.57%。
    (D) 如果 YY、LL 的數據不變,但是將資本投入(K)的數據單位調整成以「元」為單位,新的分
    析結果 β2\beta_2 的估計值仍為 0.278。
    (E) 考慮假設檢定:虛無假設是 β1+β2=1\beta_1 + \beta_2 = 1,對立假設是 β1+β2≠1\beta_1 + \beta_2 \neq 1,由表三可推得拒絕
    虛無假設的結論。

Call:
lm(formula = lny ~ InL + InK)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-2.3969 -0.6511 0.1407 0.7615 1.6871
Coefficients:
Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 8.091 (??) (??) (??) ***
InL 0.570 (??) (??) (??) **
InK 0.278 (??) (??) (??) *
Signif. codes: 0 ‘' 0.001 ‘' 0.01 ‘' 0.05 '.' 0.1'' 1
Residual standard error: (??) on (??) degrees of freedom
Multiple R-squared: (丁), Adjusted R-squared:(戊)
F-statistic: 59.78 on (??) and (??) DF, p-value: (??)

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原卷第 5 頁

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核心觀念

本題考查:

  • R 語言自然對數函數。
  • 對數—對數迴歸模型中的彈性解釋。
  • R2R^2 與調整後 R2R^2。
  • 迴歸變數測量單位改變對係數的影響。
  • 線性限制假設檢定。

模型為:

ln⁡Yi=β0+β1ln⁡Li+β2ln⁡Ki+εi\ln Y_i=\beta_0+\beta_1\ln L_i+\beta_2\ln K_i+\varepsilon_i

樣本數 n=61n=61,解釋變數個數 k=2k=2,因此殘差自由度為:

n−k−1=61−2−1=58n-k-1=61-2-1=58

解題方法

由表中 F=59.78F=59.78,可利用:

F=R2/k(1−R2)/(n−k−1)F=\frac{R^2/k}{(1-R^2)/(n-k-1)}

求得:

R2=kFkF+(n−k−1)=2(59.78)2(59.78)+58≈0.6736R^2=\frac{kF}{kF+(n-k-1)} =\frac{2(59.78)}{2(59.78)+58} \approx 0.6736

調整後 R2R^2 為:

Rˉ2=1−(1−R2)n−1n−k−1\bar R^2 =1-(1-R^2)\frac{n-1}{n-k-1} Rˉ2=1−(1−0.6736)6058≈0.6623\bar R^2 =1-(1-0.6736)\frac{60}{58} \approx 0.6623

因此 Multiple RR-squared(丁)大於 Adjusted RR-squared(戊)。

選項分析

(A) 錯誤

R 語言計算自然對數使用:

log(x)

R 並沒有內建的 ln() 函數,因此此敘述錯誤。

(B) 正確

由計算結果:

丁=R2≈0.6736\text{丁}=R^2\approx 0.6736 戊=Rˉ2≈0.6623\text{戊}=\bar R^2\approx 0.6623

所以:

丁>戊\text{丁}>\text{戊}

此敘述正確。

(C) 正確

在對數—對數模型中:

β1=∂ln⁡Y∂ln⁡L\beta_1=\frac{\partial \ln Y}{\partial \ln L}

表示在其他條件不變下,LL 增加 1%1\% 時,YY 約增加 β1%\beta_1\%。

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第 8 題16 分

  1. 某金融機構一年前在網路銀行推出某項理財功能(稱為 N 功能),現在想要了解什麼特質的
    客戶會在網路銀行使用 N 功能。研究部門抽樣取得 1000 位客戶資料並進行羅吉斯迴歸
    分析,模型如下:
    E(Y)=eβ0+β1x1+β2x2+β3x31+eβ0+β1x1+β2x2+β3x3E(Y) = \frac{e^{\beta_0 + \beta_1x_1 + \beta_2x_2 + \beta_3x_3}}{1 + e^{\beta_0 + \beta_1x_1 + \beta_2x_2 + \beta_3x_3}}
    就第 ii 位客戶而言, Y=1Y=1 表示曾使用 N 功能, Y=0Y=0 表示從未使用 N 功能。此外考慮三個自
    變數: x1x_1 為表示客戶性別的虛擬變數, x1=1x_1 = 1 代表女客戶, x1=0x_1 = 0 代表男客戶; x2x_2 為客戶過
    去一年內曾到實體銀行財富管理部門現場洽詢的次數; x3x_3 為客戶年收入(單位為百萬元)。
    使用 R 語言進行羅吉斯迴歸分析,報表部份內容如表四所示(有些數字經四捨五入處理)。
    以下敘述哪些或哪一項正確?
    (A) 表四(己)這格數字為介於-1.96與+1.96之間。
    (B) 表四(庚)這格數字為999。
    (C) 表四(辛)這格數字為997。
    (D) 如果調整 X3X_3 的數據單位,年收入改用「千萬元」為單位,而且 YY、X1X_1、X2X_2 的數據不變,
    則新的分析結果 β3\beta_3 的估計值為 0.0575。
    (E) 「是否曾使用網路銀行的N功能」這件事與性別無關。

Call:
lm(formula = lny ~ InL + InK)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-2.3969 -0.6511 0.1407 0.7615 1.6871
Coefficients:
Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)
(Intercept) -1.621 (??) (??) (??) **
x1 -0.131 (??) (??) (??)
x2 -0.130 (??) (己) (??) *
x3 0.575 (??) (??) (??) *
Signif. codes: 0 ‘' 0.001 ‘' 0.01 ‘' 0.05 '.' 0.1'' 1
(Dispersion parameter for binomial family taken to be 1)
Null deviance: 1239.8 on (庚) degrees of freedom
Residual deviance: 1227.7 on (辛) degrees of freedom
AIC: 1235.7
Number of Fisher Scoring iterations: 4

🖼️ 本題含圖表,以下為原卷對應頁面:
原卷第 6 頁

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查羅吉斯迴歸的三項觀念:

  1. Wald 統計量與顯著性代碼:
    z=β^jSE(β^j)z=\frac{\hat{\beta}_j}{SE(\hat{\beta}_j)}

  2. 廣義線性模型的自由度:
    df=n−估計參數個數df=n-\text{估計參數個數}

  3. 自變數單位改變時,迴歸係數會按相反比例調整。

羅吉斯迴歸模型可寫成:

log⁡(p1−p)=β0+β1x1+β2x2+β3x3\log\left(\frac{p}{1-p}\right) =\beta_0+\beta_1x_1+\beta_2x_2+\beta_3x_3

其中 p=P(Y=1)p=P(Y=1)。

解題方法

(一)判斷 zz 值

表中 x2x_2 的顯著性代碼為 *,代表雙尾檢定的 pp 值小於 0.050.05,因此:

∣z∣>1.96|z|>1.96

又因為 x2x_2 的估計係數為 −0.130-0.130,其 zz 值必為負數,所以:

z<−1.96z<-1.96

(二)計算自由度

樣本數為 n=1000n=1000。

  • Null model 只有截距項,共估計 1 個參數:
dfnull=1000−1=999df_{\text{null}}=1000-1=999
  • 完整模型包含截距、x1x_1、x2x_2、x3x_3,共 4 個參數:
dfresidual=1000−4=996df_{\text{residual}}=1000-4=996

(三)調整 x3x_3 的單位

原本 x3x_3 以「百萬元」為單位;改成「千萬元」後,新的變數為:

x3∗=x310x_3^*=\frac{x_3}{10}

因此:

x3=10x3∗x_3=10x_3^*

原本的線性項為:

0.575x3=0.575(10x3∗)=5.75x3∗0.575x_3=0.575(10x_3^*)=5.75x_3^*
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第 9 題16 分

  1. 令{X1,X2,...,Xn}\{X_1, X_2, ..., X_n\} 為一組連續型隨機樣本,樣本數 nn 固定且有限,其中每一個隨機變數皆服從常態分配,期望值皆為 μ\mu,變異數皆為 σ2\sigma^2,而且 μ\mu 與 σ2\sigma^2 皆未知。令 Xˉ=1n∑i=1nXi\bar{X} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}X_i, S2=1n−1∑i=1n(Xi−Xˉ)2S^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(X_i-\bar{X})^2,以下敘述哪些或哪一項正確?
    (A) Xˉ\bar{X} 與 (X1−Xˉ)(X_1-\bar{X}) 之間彼此獨立。
    (B) Xˉ\bar{X} 與 S2S^2 之間彼此獨立。
    (C) S2S^2 的變異數為 2σ4n\frac{2\sigma^4}{n}。
    (D) S2S^2 為 σ2\sigma^2 的充分統計量。
    (E) S4S^4 為 μ\mu 的不偏估計量。
    【參考公式】
    ● 若 XX 服從自由度為 rr 的卡方分配,機率密度函數如下:
    f(x)={1Γ(r/2)2r/2xr/2−1e−x/2if x>00otherwisef(x) = \begin{cases} \frac{1}{\Gamma(r/2) 2^{r/2}} x^{r/2-1} e^{-x/2} & \text{if } x > 0 \\ 0 & \text{otherwise} \end{cases}
    ● 若 XX 服從自由度為 rr 的 tt 分配,機率密度函數如下:
    f(x)=Γ(r+12)Γ(r/2)πr(1+x2r)−r+12−∞<x<∞f(x) = \frac{\Gamma(\frac{r+1}{2})}{\Gamma(r/2)\sqrt{\pi r}} \left(1+\frac{x^2}{r}\right)^{-\frac{r+1}{2}} \quad -\infty < x < \infty
    ● 若 XX 服從自由度為 (m,n)(m,n) 的 FF 分配,機率密度函數如下:
    f(x)={Γ(m+n2)Γ(m/2)Γ(n/2)(mn)m/2xm/2−1(1+mnx)−m+n2if x>00otherwisef(x) = \begin{cases} \frac{\Gamma(\frac{m+n}{2})}{\Gamma(m/2)\Gamma(n/2)} \left(\frac{m}{n}\right)^{m/2} x^{m/2-1} \left(1+\frac{m}{n}x\right)^{-\frac{m+n}{2}} & \text{if } x > 0 \\ 0 & \text{otherwise} \end{cases}
    【試題至此全部結束,以下無其他試題】

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本題考驗對樣本平均數、樣本變異數性質,卡方分配、獨立性、充分統計量及不偏估計量的理解。

背景: X1,...,XnX_1, ..., X_n 為來自 N(μ,σ2)N(\mu, \sigma^2) 的隨機樣本。
Xˉ=1n∑i=1nXi\bar{X} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}X_i。
S2=1n−1∑i=1n(Xi−Xˉ)2S^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(X_i-\bar{X})^2。

分析選項 (A):
Xˉ\bar{X} 和 (Xi−Xˉ)(X_i - \bar{X}) 之間的獨立性。
由於 Xˉ\bar{X} 是所有 XiX_i 的線性組合,而 Xi−XˉX_i - \bar{X} 也是 XiX_i 的線性組合。
對於來自常態分配的樣本,樣本平均數 Xˉ\bar{X} 與樣本中任何一個觀測值 XiX_i 的離差 (Xi−Xˉ)(X_i - \bar{X}) 之間不是獨立的。
例如,考慮 n=2n=2。 Xˉ=X1+X22\bar{X} = \frac{X_1+X_2}{2}。 X1−Xˉ=X1−X1+X22=X1−X22X_1 - \bar{X} = X_1 - \frac{X_1+X_2}{2} = \frac{X_1-X_2}{2}。
X1X_1 和 X2X_2 是相關的 (因為它們來自同一個樣本)。
因此, Xˉ\bar{X} 和 (X1−Xˉ)(X_1-\bar{X}) 之間不獨立。
選項 (A) 敘述不正確。

分析選項 (B):
Xˉ\bar{X} 與 S2S^2 之間的獨立性。
根據 Cochran's Theorem, 如果 X1,...,XnX_1, ..., X_n 是來自 N(μ,σ2)N(\mu, \sigma^2) 的獨立同分布隨機變數,則 ∑i=1n(Xi−μ)2σ2∼χ2(n)\frac{\sum_{i=1}^{n}(X_i-\mu)^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(n)。
我們可以將 ∑i=1n(Xi−μ)2\sum_{i=1}^{n}(X_i-\mu)^2 分解為兩部分:
∑i=1n(Xi−μ)2=∑i=1n(Xi−Xˉ)2+n(Xˉ−μ)2\sum_{i=1}^{n}(X_i-\mu)^2 = \sum_{i=1}^{n}(X_i-\bar{X})^2 + n(\bar{X}-\mu)^2。
其中 ∑i=1n(Xi−Xˉ)2=(n−1)S2\sum_{i=1}^{n}(X_i-\bar{X})^2 = (n-1)S^2。
所以, (n−1)S2σ2∼χ2(n−1)\frac{(n-1)S^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(n-1) 且 n(Xˉ−μ)2σ2∼χ2(1)\frac{n(\bar{X}-\mu)^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(1)。
Cochran's Theorem 指出, 這兩部分是獨立的。
即, (n−1)S2σ2\frac{(n-1)S^2}{\sigma^2} 和 n(Xˉ−μ)2σ2\frac{n(\bar{X}-\mu)^2}{\sigma^2} 是獨立的。
由於 σ2\sigma^2 是常數,這意味著 (n−1)S2(n-1)S^2 和 n(Xˉ−μ)2n(\bar{X}-\mu)^2 是獨立的。
進一步推論, S2S^2 和 (Xˉ−μ)2(\bar{X}-\mu)^2 是獨立的。
由於 Xˉ\bar{X} 和 (Xˉ−μ)2(\bar{X}-\mu)^2 之間存在函數關係,且 μ\mu 是常數,這並不直接意味著 Xˉ\bar{X} 和 S2S^2 獨立。
然而,對於常態分配樣本, Xˉ\bar{X} 和 S2S^2 是統計獨立的。
這是一個重要的統計性質。

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