111 年 國立政治大學經濟學系碩士班《統計學》

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第 1 題15 分

The probability density function of X is given by
f(x)=kx2f(x) = kx^2, 0<x<30 < x < 3
where kk is a constant.

(a) (5%) Find kk.
(b) (5%) Find the expected value of XX.
(c) (5%) Find the cumulative distribution function of XX.

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本題考驗機率密度函數的基本性質、期望值計算以及累積分布函數的推導。

核心觀念:

  1. 機率密度函數的積分必須等於 1。
  2. 連續隨機變數的期望值定義。
  3. 累積分布函數是機率密度函數的積分。

解題步驟:

(a) 求 kk
根據機率密度函數的性質,函數在整個定義域上的積分必須等於 1。
∫−∞∞f(x)dx=1\int_{-\infty}^{\infty} f(x) dx = 1
在本題中,f(x)=kx2f(x) = kx^2 僅在 0<x<30 < x < 3 上非零,因此:
∫03kx2dx=1\int_{0}^{3} kx^2 dx = 1
k∫03x2dx=1k \int_{0}^{3} x^2 dx = 1
k[x33]03=1k \left[ \frac{x^3}{3} \right]_{0}^{3} = 1
k(333−033)=1k \left( \frac{3^3}{3} - \frac{0^3}{3} \right) = 1
k(273−0)=1k \left( \frac{27}{3} - 0 \right) = 1
k(9)=1k (9) = 1
k=19k = \frac{1}{9}
因此,機率密度函數為 f(x)=19x2f(x) = \frac{1}{9}x^2,對於 0<x<30 < x < 3。

【答案】k=19k = \frac{1}{9}

(b) 求 E[X]E[X]
連續隨機變數 XX 的期望值定義為:
E[X]=∫−∞∞xf(x)dxE[X] = \int_{-\infty}^{\infty} x f(x) dx
將 f(x)=19x2f(x) = \frac{1}{9}x^2 代入,積分範圍為 0<x<30 < x < 3:
E[X]=∫03x(19x2)dxE[X] = \int_{0}^{3} x \left( \frac{1}{9}x^2 \right) dx
E[X]=19∫03x3dxE[X] = \frac{1}{9} \int_{0}^{3} x^3 dx
E[X]=19[x44]03E[X] = \frac{1}{9} \left[ \frac{x^4}{4} \right]_{0}^{3}
E[X]=19(344−044)E[X] = \frac{1}{9} \left( \frac{3^4}{4} - \frac{0^4}{4} \right)
E[X]=19(814−0)E[X] = \frac{1}{9} \left( \frac{81}{4} - 0 \right)
E[X]=19×814E[X] = \frac{1}{9} \times \frac{81}{4}
E[X]=94E[X] = \frac{9}{4}

【答案】E[X]=94E[X] = \frac{9}{4}

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第 2 題15 分

The joint distribution of XX and YY is given below.

Y=1Y=1Y=2Y=2
X=1X=10.100.20
X=2X=20.600.10

(a) (5%) Find E[Y∣X=1]E[Y | X = 1].
(b) (5%) Find the probability distribution of E[Y∣X]E[Y | X].
(c) (5%) Find E[E[Y∣X]]E[E[Y | X]].

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本題考驗聯合機率分佈、條件期望值、隨機變數函數的期望值以及迭代期望定律。

核心觀念:

  1. 條件機率與條件期望值的計算。
  2. 隨機變數函數的期望值計算。
  3. 迭代期望定律 (Law of Iterated Expectations):E[Y]=E[E[Y∣X]]E[Y] = E[E[Y|X]]。

解題步驟:

首先,我們需要先計算邊際機率與條件機率。
由聯合機率分佈表,我們可以得到:
P(X=1,Y=1)=0.10P(X=1, Y=1) = 0.10
P(X=1,Y=2)=0.20P(X=1, Y=2) = 0.20
P(X=2,Y=1)=0.60P(X=2, Y=1) = 0.60
P(X=2,Y=2)=0.10P(X=2, Y=2) = 0.10

計算邊際機率:
P(X=1)=P(X=1,Y=1)+P(X=1,Y=2)=0.10+0.20=0.30P(X=1) = P(X=1, Y=1) + P(X=1, Y=2) = 0.10 + 0.20 = 0.30
P(X=2)=P(X=2,Y=1)+P(X=2,Y=2)=0.60+0.10=0.70P(X=2) = P(X=2, Y=1) + P(X=2, Y=2) = 0.60 + 0.10 = 0.70
(驗算:P(X=1)+P(X=2)=0.30+0.70=1.00P(X=1) + P(X=2) = 0.30 + 0.70 = 1.00)

P(Y=1)=P(X=1,Y=1)+P(X=2,Y=1)=0.10+0.60=0.70P(Y=1) = P(X=1, Y=1) + P(X=2, Y=1) = 0.10 + 0.60 = 0.70
P(Y=2)=P(X=1,Y=2)+P(X=2,Y=2)=0.20+0.10=0.30P(Y=2) = P(X=1, Y=2) + P(X=2, Y=2) = 0.20 + 0.10 = 0.30
(驗算:P(Y=1)+P(Y=2)=0.70+0.30=1.00P(Y=1) + P(Y=2) = 0.70 + 0.30 = 1.00)

(a) 求 E[Y∣X=1]E[Y | X = 1]
條件期望值 E[Y∣X=1]E[Y | X = 1] 是在已知 X=1X=1 的條件下,對 YY 的期望值。首先,我們需要計算條件機率 P(Y=y∣X=1)P(Y=y | X=1)。
P(Y=1∣X=1)=P(X=1,Y=1)P(X=1)=0.100.30=13P(Y=1 | X=1) = \frac{P(X=1, Y=1)}{P(X=1)} = \frac{0.10}{0.30} = \frac{1}{3}
P(Y=2∣X=1)=P(X=1,Y=2)P(X=1)=0.200.30=23P(Y=2 | X=1) = \frac{P(X=1, Y=2)}{P(X=1)} = \frac{0.20}{0.30} = \frac{2}{3}

現在,計算條件期望值:
E[Y∣X=1]=∑yyP(Y=y∣X=1)E[Y | X = 1] = \sum_{y} y P(Y=y | X=1)
E[Y∣X=1]=(1)×P(Y=1∣X=1)+(2)×P(Y=2∣X=1)E[Y | X = 1] = (1) \times P(Y=1 | X=1) + (2) \times P(Y=2 | X=1)
E[Y∣X=1]=(1)×13+(2)×23E[Y | X = 1] = (1) \times \frac{1}{3} + (2) \times \frac{2}{3}
E[Y∣X=1]=13+43=53E[Y | X = 1] = \frac{1}{3} + \frac{4}{3} = \frac{5}{3}

【答案】E[Y∣X=1]=53E[Y | X = 1] = \frac{5}{3}

(b) 求 E[Y∣X]E[Y | X] 的機率分佈
E[Y∣X]E[Y | X] 是一個隨機變數,它的值取決於 XX 的值。XX 有兩個可能的值:1 和 2。
我們已經計算了當 X=1X=1 時的條件期望值:E[Y∣X=1]=53E[Y | X=1] = \frac{5}{3}。
現在我們需要計算當 X=2X=2 時的條件期望值 E[Y∣X=2]E[Y | X=2]。

首先計算條件機率 P(Y=y∣X=2)P(Y=y | X=2):
P(Y=1∣X=2)=P(X=2,Y=1)P(X=2)=0.600.70=67P(Y=1 | X=2) = \frac{P(X=2, Y=1)}{P(X=2)} = \frac{0.60}{0.70} = \frac{6}{7}

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第 3 題14 分

Let X‾\overline{X} denote the sample average from a random sample with mean μ\mu and variance σ2\sigma^2. Consider an estimator W=n−1nX‾W = \frac{n-1}{n}\overline{X} of μ\mu, where nn is the sample size.

(a) (3%) Show that WW is a biased estimator of μ\mu and find the bias.
(b) (3%) What happens to the bias of WW as n→∞n \to \infty?
(c) (3%) Find the variance of WW.
(d) (5%) Is WW a consistent estimator of μ\mu? Explain.

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核心觀念

估計量 WW 的偏誤定義為 E(W)−μE(W)-\mu。在獨立同分配的隨機樣本下,樣本平均數的期望值與變異數分別為

E(X‾)=μ,Var⁡(X‾)=σ2n.E(\overline X)=\mu,\qquad \operatorname{Var}(\overline X)=\frac{\sigma^2}{n}.

判斷一致性時,可計算均方誤差;若均方誤差隨 n→∞n\to\infty 趨近於零,則估計量一致。

解題方法

(a) 利用期望值的線性性質:

E(W)=E(n−1nX‾)=n−1nE(X‾)=n−1nμ.E(W)=E\left(\frac{n-1}{n}\overline X\right) =\frac{n-1}{n}E(\overline X) =\frac{n-1}{n}\mu.

因此偏誤為

Bias⁡(W)=E(W)−μ=n−1nμ−μ=−μn.\operatorname{Bias}(W)=E(W)-\mu =\frac{n-1}{n}\mu-\mu =-\frac{\mu}{n}.

所以 μ≠0\mu\ne 0 時,WW 是有偏估計量,偏誤為 −μ/n-\mu/n;若 μ=0\mu=0,偏誤則為零。

(b) 固定 μ\mu 並令 n→∞n\to\infty:

lim⁡n→∞Bias⁡(W)=lim⁡n→∞(−μn)=0.\lim_{n\to\infty}\operatorname{Bias}(W) =\lim_{n\to\infty}\left(-\frac{\mu}{n}\right)=0.

因此,偏誤會趨近於零。

(c) 常數倍隨機變數的變異數會乘上該常數的平方:

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第 4 題10 分

Show that for random variables YY and XX, if E[Y∣X]=E[Y]E[Y | X] = E[Y] then Cov(X,Y)=0Cov(X,Y) = 0.

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本題考驗條件期望值與協方差的關係,以及如何利用迭代期望定律證明兩個隨機變數獨立或無關。

核心觀念:

  1. 條件期望值的性質:E[E[Y∣X]]=E[Y]E[E[Y|X]] = E[Y]。
  2. 協方差 (Covariance) 的定義:Cov(X,Y)=E[XY]−E[X]E[Y]Cov(X,Y) = E[XY] - E[X]E[Y]。
  3. 如何利用條件期望值計算 E[XY]E[XY]。

解題步驟:

我們被告知 E[Y∣X]=E[Y]E[Y | X] = E[Y]。
根據迭代期望定律 (Law of Iterated Expectations),我們知道:
E[Y]=E[E[Y∣X]]E[Y] = E[E[Y | X]]
將已知條件 E[Y∣X]=E[Y]E[Y | X] = E[Y] 代入上式:
E[Y]=E[E[Y]]E[Y] = E[E[Y]]
由於 E[Y]E[Y] 是一個常數,常數的期望值就是它本身,所以這個式子是恆成立的,它本身並沒有直接給出 XX 和 YY 之間的關係。

我們需要計算協方差 Cov(X,Y)Cov(X,Y)。定義為:
Cov(X,Y)=E[XY]−E[X]E[Y]Cov(X,Y) = E[XY] - E[X]E[Y]

為了證明 Cov(X,Y)=0Cov(X,Y) = 0,我們需要證明 E[XY]=E[X]E[Y]E[XY] = E[X]E[Y]。
我們可以利用條件期望值來計算 E[XY]E[XY]。考慮 E[XY]E[XY]:
E[XY]=E[E[XY∣X]]E[XY] = E[E[XY | X]] (迭代期望定律)

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第 5 題8 分

Suppose that the logarithm of wages (log(wage)) is related to years of schooling (educ) and work experience (exper, in years) by the conditional expectation:
E[log⁡(wage)∣educ, exper]=β0+β1educ+β2experE[\log(\text{wage}) | \text{educ, exper}] = \beta_0 + \beta_1 \text{educ} + \beta_2 \text{exper}
where β0=1.05\beta_0 = 1.05, β1=0.10\beta_1 = 0.10, and β2=0.08\beta_2 = 0.08.

(a) (3%) Interpret β1\beta_1.
(b) (5%) Suppose that the expected values of educ and exper are 12 years and 20 years, respectively. Find E[log⁡(wage)]E[\log(\text{wage})]. Show your arguments.

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本題考驗對 log-linear 迴歸模型中係數的解釋,以及如何計算條件期望值的期望值。

核心觀念:

  1. log-linear 模型中,自變數每增加一個單位,應變數的對數平均值會改變多少。
  2. 迭代期望定律:E[Y]=E[E[Y∣X]]E[Y] = E[E[Y|X]]。

解題步驟:

給定的模型是:
E[log⁡(wage)∣educ, exper]=β0+β1educ+β2experE[\log(\text{wage}) | \text{educ, exper}] = \beta_0 + \beta_1 \text{educ} + \beta_2 \text{exper}
其中 β0=1.05\beta_0 = 1.05, β1=0.10\beta_1 = 0.10, β2=0.08\beta_2 = 0.08。

(a) 解釋 β1\beta_1
β1\beta_1 是在控制了工作經驗 (exper) 的情況下,教育年數 (educ) 對薪資對數 (log(wage)) 的影響。
在 log-linear 模型中,當應變數是 log(Y) 且自變數是 X 時,E[log⁡(Y)∣X]=β0+β1XE[\log(Y)|X] = \beta_0 + \beta_1 X。
其中 β1\beta_1 表示自變數 XX 每增加一個單位,應變數的對數 E[log⁡(Y)]E[\log(Y)] 平均會增加 β1\beta_1 個單位。
因此,β1=0.10\beta_1 = 0.10 的解釋是:
在其他條件(即工作經驗 exper)相同的情況下,教育年數 (educ) 每增加一年,預期薪資的對數 (log(wage)) 平均會增加 0.10。
這也可以轉換成薪資本身百分比的改變。因為 log⁡(wage)\log(wage) 的改變 Δlog⁡(wage)≈Δwagewage\Delta \log(\text{wage}) \approx \frac{\Delta \text{wage}}{\text{wage}} (當 Δwage\Delta \text{wage} 很小時)。
所以,薪資的預期百分比改變為 β1×100%\beta_1 \times 100\%。
0.10 的意思是,教育年數每增加一年,預期薪資會增加約 0.10×100%=10%0.10 \times 100\% = 10\%。

【答案】在其他條件(工作經驗)相同的情況下,教育年數每增加一年,預期薪資的對數平均會增加 0.10,相當於預期薪資平均增加約 10%。

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第 6 題15 分

Consider the following demand and supply equations:
Demand: Q=−β1P+e1Q = -\beta_1 P + e_1
Supply: Q=β2P+e2Q = \beta_2 P + e_2
where QQ and PP denote quantities and prices, respectively, and the demand error e1e_1 and supply error e2e_2 satisfy E[e1]=E[e2]=0E[e_1] = E[e_2] = 0, Var(e1)=Var(e2)=1Var(e_1) = Var(e_2) = 1, and Cov(e1,e2)=0Cov(e_1, e_2) = 0.

(a) (5%) Find the equilibrium price and quantity.
(b) (5%) Compute Cov(P,e1)Cov(P, e_1) in terms of β1\beta_1 and β2\beta_2.
(Hint: Use your answers in (a).)
(c) (5%) Given a random sample {Pi,Qi}i=1n\{P_i, Q_i\}_{i=1}^n of equilibrium prices and quantities, consider the following linear regression:
Qi=γ0+γ1Pi+uiQ_i = \gamma_0 + \gamma_1 P_i + u_i
where E[ui]=0E[u_i] = 0 and E[Piui]=0E[P_i u_i] = 0. Find γ1\gamma_1 in terms of β1\beta_1 and β2\beta_2.
(Hint: Use your answers in (a).)

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核心觀念

本題考查供需均衡、聯立方程式,以及迴歸斜率的共變異數表示式:

γ1=Cov⁡(P,Q)Var⁡(P).\gamma_1=\frac{\operatorname{Cov}(P,Q)}{\operatorname{Var}(P)}.

其中假設 β1+β2≠0\beta_1+\beta_2\neq 0;在一般經濟學設定下,β1,β2>0\beta_1,\beta_2>0。


(a) 均衡價格與均衡數量

均衡時需求量等於供給量,因此令兩式相等:

−β1P+e1=β2P+e2.-\beta_1P+e_1=\beta_2P+e_2.

整理價格項:

(β1+β2)P=e1−e2.(\beta_1+\beta_2)P=e_1-e_2.

所以均衡價格為

P=e1−e2β1+β2.\boxed{P=\frac{e_1-e_2}{\beta_1+\beta_2}}.

將價格代回需求式:

Q=−β1(e1−e2β1+β2)+e1.Q=-\beta_1\left(\frac{e_1-e_2}{\beta_1+\beta_2}\right)+e_1.

通分整理:

Q=−β1e1+β1e2+(β1+β2)e1β1+β2,Q=\frac{-\beta_1e_1+\beta_1e_2+(\beta_1+\beta_2)e_1} {\beta_1+\beta_2},

因此

Q=β2e1+β1e2β1+β2.\boxed{Q=\frac{\beta_2e_1+\beta_1e_2}{\beta_1+\beta_2}}.

(b) 計算 Cov⁡(P,e1)\operatorname{Cov}(P,e_1)

由 (a):

P=e1−e2β1+β2.P=\frac{e_1-e_2}{\beta_1+\beta_2}.

利用共變異數的線性性質:

Cov⁡(P,e1)=1β1+β2Cov⁡(e1−e2,e1).\operatorname{Cov}(P,e_1) = \frac{1}{\beta_1+\beta_2} \operatorname{Cov}(e_1-e_2,e_1).

進一步展開:

Cov⁡(e1−e2,e1)=Cov⁡(e1,e1)−Cov⁡(e2,e1).\operatorname{Cov}(e_1-e_2,e_1) = \operatorname{Cov}(e_1,e_1) - \operatorname{Cov}(e_2,e_1).

根據題目條件:

Cov⁡(e1,e1)=Var⁡(e1)=1,\operatorname{Cov}(e_1,e_1)=\operatorname{Var}(e_1)=1,

且

Cov⁡(e2,e1)=Cov⁡(e1,e2)=0.\operatorname{Cov}(e_2,e_1)=\operatorname{Cov}(e_1,e_2)=0.

因此

Cov⁡(P,e1)=1β1+β2.\boxed{\operatorname{Cov}(P,e_1)=\frac{1}{\beta_1+\beta_2}}.

這表示均衡價格與需求誤差項並不獨立。價格本身受到需求衝擊 e1e_1 影響,因此直接以價格解釋數量時會產生內生性問題。


(c) 計算迴歸斜率 γ1\gamma_1

迴歸式為

Qi=γ0+γ1Pi+ui,Q_i=\gamma_0+\gamma_1P_i+u_i,

並且滿足

E[ui]=0,E[Piui]=0.E[u_i]=0,\qquad E[P_iu_i]=0.

由於 E[Piui]=0E[P_i u_i]=0,迴歸斜率可寫為

γ1=Cov⁡(P,Q)Var⁡(P).\gamma_1=\frac{\operatorname{Cov}(P,Q)}{\operatorname{Var}(P)}.

第一步:計算 Var⁡(P)\operatorname{Var}(P)

由

P=e1−e2β1+β2,P=\frac{e_1-e_2}{\beta_1+\beta_2},

可得

Var⁡(P)=Var⁡(e1−e2)(β1+β2)2.\operatorname{Var}(P) = \frac{\operatorname{Var}(e_1-e_2)} {(\beta_1+\beta_2)^2}.

因為 Cov⁡(e1,e2)=0\operatorname{Cov}(e_1,e_2)=0:

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第 7 題23 分

Consider a linear regression for a Cobb-Douglas production function in a log-linear form:
log⁡(Y)=β0+β1log⁡(L)+β2log⁡(K)+u\log(Y) = \beta_0 + \beta_1 \log(L) + \beta_2 \log(K) + u
where YY is output, LL is labor input, KK is capital input, uu is the error term, and (β0,β1,β2)(\beta_0, \beta_1, \beta_2) are coefficients to be estimated.
Given a random sample {Yi,Li,Ki}i=1n\{Y_i, L_i, K_i\}_{i=1}^n of n=525n = 525 firms, the OLS estimates (β^0,β^1,β^2)(\hat{\beta}_0, \hat{\beta}_1, \hat{\beta}_2) are given below:
log⁡(Y^)=1.220+0.954log⁡(Li)+0.256log⁡(Ki)\log(\hat{Y}) = 1.220 + 0.954 \log(L_i) + 0.256 \log(K_i)
and the covariance matrix estimate is:
Cov^(β^)=(Var^(β^0)Cov^(β^0,β^1)Cov^(β^0,β^2)Cov^(β^1,β^0)Var^(β^1)Cov^(β^1,β^2)Cov^(β^2,β^0)Cov^(β^2,β^1)Var^(β^2))=(532342221)×10−4\widehat{Cov}(\hat{\beta}) = \begin{pmatrix} \widehat{Var}(\hat{\beta}_0) & \widehat{Cov}(\hat{\beta}_0, \hat{\beta}_1) & \widehat{Cov}(\hat{\beta}_0, \hat{\beta}_2) \\ \widehat{Cov}(\hat{\beta}_1, \hat{\beta}_0) & \widehat{Var}(\hat{\beta}_1) & \widehat{Cov}(\hat{\beta}_1, \hat{\beta}_2) \\ \widehat{Cov}(\hat{\beta}_2, \hat{\beta}_0) & \widehat{Cov}(\hat{\beta}_2, \hat{\beta}_1) & \widehat{Var}(\hat{\beta}_2) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 & 3 & 2 \\ 3 & 4 & 2 \\ 2 & 2 & 1 \end{pmatrix} \times 10^{-4}

(a) (3%) Interpret β1\beta_1.
(b) (5%) Find the standard error of β^1+β^2\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2.
(c) (5%) You are interested in testing constant returns to scale. Write the associated testing hypotheses and the tt test statistic.
(d) (5%) Based on the information above, calculate the tt test statistic.
(e) (5%) Now suppose that unobserved firm-specific productivity positively affects firms' output as well as labor input. Which true value of β1\beta_1, 0.724 or 1.132, do you think would be more likely? Explain your answer.

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本題考驗對 log-linear 生產函數的解釋、估計量變異數的計算、假設檢定(特別是關於規模報酬的檢定)以及聯立方程模型中的內生性問題對估計量的影響。

核心觀念:

  1. log-linear 模型係數的解釋。
  2. 線性組合估計量的變異數計算。
  3. 假設檢定,特別是關於規模報酬的檢定。
  4. 內生性問題(遺漏變數偏誤)對迴歸係數的影響。

解題步驟:

給定的模型是 log-linear 生產函數:
log⁡(Y)=β0+β1log⁡(L)+β2log⁡(K)+u\log(Y) = \beta_0 + \beta_1 \log(L) + \beta_2 \log(K) + u
OLS 估計結果:β^0=1.220\hat{\beta}_0 = 1.220, β^1=0.954\hat{\beta}_1 = 0.954, β^2=0.256\hat{\beta}_2 = 0.256。
樣本大小 n=525n = 525。
估計的協方差矩陣:
Cov^(β^)=(532342221)×10−4\widehat{Cov}(\hat{\beta}) = \begin{pmatrix} 5 & 3 & 2 \\ 3 & 4 & 2 \\ 2 & 2 & 1 \end{pmatrix} \times 10^{-4}
從協方差矩陣中,我們可以讀出:
Var^(β^0)=5×10−4\widehat{Var}(\hat{\beta}_0) = 5 \times 10^{-4}
Var^(β^1)=4×10−4\widehat{Var}(\hat{\beta}_1) = 4 \times 10^{-4}
Var^(β^2)=1×10−4\widehat{Var}(\hat{\beta}_2) = 1 \times 10^{-4}
Cov^(β^1,β^2)=2×10−4\widehat{Cov}(\hat{\beta}_1, \hat{\beta}_2) = 2 \times 10^{-4}

(a) 解釋 β1\beta_1
在 log-linear 生產函數模型中,β1\beta_1 代表勞動投入 log⁡(L)\log(L) 每增加一個單位,產出對數 log⁡(Y)\log(Y) 平均的改變量。
這表示勞動的邊際產出彈性 (elasticity of output with respect to labor)。
所以,β1=0.954\beta_1 = 0.954 的解釋是:
在資本投入 KK 不變的情況下,勞動投入 LL 每增加 1%,預期產出 YY 平均會增加 0.954%。
或者說,log⁡(L)\log(L) 每增加一個單位(即 LL 增加到原來的 ee 倍),log⁡(Y)\log(Y) 平均增加 0.954。

【答案】在資本投入不變的情況下,勞動投入每增加 1%,預期產出平均增加 0.954%。

(b) 求 β^1+β^2\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2 的標準誤 (standard error)。
標準誤是變異數的平方根。我們需要計算 Var^(β^1+β^2)\widehat{Var}(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2)。
令 W=β^1+β^2W = \hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2。
Var^(W)=Var^(β^1+β^2)\widehat{Var}(W) = \widehat{Var}(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2)
利用變異數的性質:Var(X+Y)=Var(X)+Var(Y)+2Cov(X,Y)Var(X+Y) = Var(X) + Var(Y) + 2 Cov(X,Y)。
Var^(β^1+β^2)=Var^(β^1)+Var^(β^2)+2Cov^(β^1,β^2)\widehat{Var}(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2) = \widehat{Var}(\hat{\beta}_1) + \widehat{Var}(\hat{\beta}_2) + 2 \widehat{Cov}(\hat{\beta}_1, \hat{\beta}_2)
從協方差矩陣中讀取值:
Var^(β^1)=4×10−4\widehat{Var}(\hat{\beta}_1) = 4 \times 10^{-4}
Var^(β^2)=1×10−4\widehat{Var}(\hat{\beta}_2) = 1 \times 10^{-4}
Cov^(β^1,β^2)=2×10−4\widehat{Cov}(\hat{\beta}_1, \hat{\beta}_2) = 2 \times 10^{-4}

代入計算:
Var^(β^1+β^2)=(4×10−4)+(1×10−4)+2(2×10−4)\widehat{Var}(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2) = (4 \times 10^{-4}) + (1 \times 10^{-4}) + 2 (2 \times 10^{-4})
Var^(β^1+β^2)=4×10−4+1×10−4+4×10−4\widehat{Var}(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2) = 4 \times 10^{-4} + 1 \times 10^{-4} + 4 \times 10^{-4}
Var^(β^1+β^2)=(4+1+4)×10−4=9×10−4\widehat{Var}(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2) = (4 + 1 + 4) \times 10^{-4} = 9 \times 10^{-4}
標準誤是變異數的平方根:
SE(β^1+β^2)=Var^(β^1+β^2)=9×10−4SE(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2) = \sqrt{\widehat{Var}(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2)} = \sqrt{9 \times 10^{-4}}
SE(β^1+β^2)=3×10−2=0.03SE(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2) = 3 \times 10^{-2} = 0.03

【答案】β^1+β^2\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2 的標準誤為 0.03。

(c) 檢定恆定規模報酬 (constant returns to scale) 的假設檢定。
在 Cobb-Douglas 生產函數 log⁡(Y)=β0+β1log⁡(L)+β2log⁡(K)+u\log(Y) = \beta_0 + \beta_1 \log(L) + \beta_2 \log(K) + u 中,規模報酬由 β1+β2\beta_1 + \beta_2 的值決定:

  • 若 β1+β2=1\beta_1 + \beta_2 = 1,表示恆定規模報酬 (Constant Returns to Scale, CRS)。
  • 若 β1+β2>1\beta_1 + \beta_2 > 1,表示遞增規模報酬 (Increasing Returns to Scale, IRS)。
  • 若 β1+β2<1\beta_1 + \beta_2 < 1,表示遞減規模報酬 (Decreasing Returns to Scale, DRS)。

我們感興趣的檢定是恆定規模報酬,即 β1+β2=1\beta_1 + \beta_2 = 1。
因此,檢定假設為:
虛無假設 H0:β1+β2=1H_0: \beta_1 + \beta_2 = 1
對立假設 H1:β1+β2≠1H_1: \beta_1 + \beta_2 \ne 1 (通常對規模報酬的檢定,對立假設是不等於 1)

檢定統計量 (t 檢定統計量) 的形式為:
t=(β^1+β^2)−(hypothesized value)SE(β^1+β^2)t = \frac{(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2) - (\text{hypothesized value})}{SE(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2)}
其中,hypothesized value 是我們在虛無假設下聲稱的值,即 1。
t=(β^1+β^2)−1SE(β^1+β^2)t = \frac{(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2) - 1}{SE(\hat{\beta}_1 + \hat{\beta}_2)}

【答案】
檢定假設:H0:β1+β2=1H_0: \beta_1 + \beta_2 = 1 vs H1:β1+β2≠1H_1: \beta_1 + \beta_2 \ne 1。

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