108 年 國立臺灣大學財務金融研究所乙組《統計學(I)》

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第 1 題

若一皮卡丘每日起床發電量為10千安培,之後隨著每小時增減1千安培,增加和減少機率相同。該皮卡丘早上七點起床,若中午十二點吃飯時的發電量為隨機變數 XX,請問 E(X)E(X) 和 var(X)\text{var}(X) 的值。

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此題考驗對隨機變數期望值與變異數的計算。皮卡丘從早上七點到中午十二點,共經過 12−7=512 - 7 = 5 小時。假設每小時的發電量增減是獨立且服從相同分布的。

令 HiH_i 為第 ii 小時的發電量變化量,其中 i=1,2,3,4,5i = 1, 2, 3, 4, 5。
根據題意,每小時增加或減少 1 千安培的機率相同,即 P(Hi=1)=0.5P(H_i = 1) = 0.5 且 P(Hi=−1)=0.5P(H_i = -1) = 0.5。
則 E(Hi)=1×0.5+(−1)×0.5=0E(H_i) = 1 \times 0.5 + (-1) \times 0.5 = 0。
var(Hi)=E(Hi2)−[E(Hi)]2=(12×0.5+(−1)2×0.5)−02=(1×0.5+1×0.5)−0=1\text{var}(H_i) = E(H_i^2) - [E(H_i)]^2 = (1^2 \times 0.5 + (-1)^2 \times 0.5) - 0^2 = (1 \times 0.5 + 1 \times 0.5) - 0 = 1。

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第 2 題

承上題,請寫出 XX 的機率分配。

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此題要求寫出隨機變數 XX 的機率分配。 XX 的值取決於五個獨立且同分布的隨機變數 HiH_i 的總和。
X=10+∑i=15HiX = 10 + \sum_{i=1}^{5} H_i,其中 HiH_i 服從 P(Hi=1)=0.5P(H_i=1)=0.5 和 P(Hi=−1)=0.5P(H_i=-1)=0.5。

令 NN 為 HiH_i 中值為 1 的個數,MM 為 HiH_i 中值為 -1 的個數。
則 N+M=5N+M = 5。
∑i=15Hi=N×1+M×(−1)=N−M=N−(5−N)=2N−5\sum_{i=1}^{5} H_i = N \times 1 + M \times (-1) = N - M = N - (5-N) = 2N - 5。
X=10+2N−5=5+2NX = 10 + 2N - 5 = 5 + 2N。

NN 服從二項分配 B(n=5,p=0.5)B(n=5, p=0.5),因為我們獨立地進行了 5 次實驗(每小時),每次實驗有兩種結果(+1 或 -1),且成功的機率(增加 1)為 0.5。
P(N=k)=(5k)(0.5)k(0.5)5−k=(5k)(0.5)5P(N=k) = \binom{5}{k} (0.5)^k (0.5)^{5-k} = \binom{5}{k} (0.5)^5,其中 k=0,1,2,3,4,5k = 0, 1, 2, 3, 4, 5。

當 N=kN=k 時,XX 的值為 5+2k5 + 2k。
因此,XX 的機率分配為:

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第 3 題

承上題,隨機抽樣 TT 日,紀錄該皮卡丘中午十二點吃飯時的發電量,得到樣本平均數 XˉT\bar{X}_T。請根據柴比雪夫不等式 (Chebyshev's Inequality) 找出 P(∣XˉT−E(XˉT)∣>10)P(|\bar{X}_T - E(\bar{X}_T)| > 10) 機率值的下界 (lower bound)。

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核心觀念

  • Chebyshev 不等式:對任意隨機變數 YY 與常數 a>0a>0,
    P ⁣(∣Y−E(Y)∣≥a)≤Var⁡(Y)a2.P\!\left(|Y-E(Y)|\ge a\right)\le \frac{\operatorname{Var}(Y)}{a^{2}}.
  • 樣本平均的變異數:若 X1,…,XTX_{1},\dots ,X_{T} 為相互獨立且同分布 (i.i.d.) 的隨機變數,且
    E(Xi)=μ,Var⁡(Xi)=σ2,E(X_i)=\mu,\qquad \operatorname{Var}(X_i)=\sigma^{2},
    則樣本平均 XˉT=1T∑i=1TXi\bar X_T=\frac1T\sum_{i=1}^{T}X_i 的期望與變異數分別為
    E(XˉT)=μ,Var⁡(XˉT)=σ2T.E(\bar X_T)=\mu ,\qquad \operatorname{Var}(\bar X_T)=\frac{\sigma^{2}}{T}.

解題方法

  1. 先寫出 Chebyshev 不等式套用於 XˉT\bar X_T,並將界限中的 aa 取為題目要求的 1010:
P ⁣(∣XˉT−E(XˉT)∣>10)≤Var⁡(XˉT)102.P\!\left(|\bar X_T-E(\bar X_T)|>10\right)\le \frac{\operatorname{Var}(\bar X_T)}{10^{2}}.
  1. 代入 Var⁡(XˉT)=σ2/T\operatorname{Var}(\bar X_T)=\sigma^{2}/T,得到
P ⁣(∣XˉT−E(XˉT)∣>10)≤σ2T⋅102=σ2100T.P\!\left(|\bar X_T-E(\bar X_T)|>10\right)\le \frac{\sigma^{2}}{T\cdot 10^{2}} =\frac{\sigma^{2}}{100T}.
  1. Chebyshev 給出的僅是上界,題目要求「機率值的下界」(lower bound)。
    由於概率本身的範圍是 [0,1][0,1],且上述不等式沒有提供任何正的下界,只能保證
    0≤P ⁣(∣XˉT−E(XˉT)∣>10).0\le P\!\left(|\bar X_T-E(\bar X_T)|>10\right).
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第 4 題

根據神奇寶貝理論,正常兩歲皮卡丘每日發電量變化為隨機變數 Z∼N(0,1)Z \sim N(0,1); 請問 P(Z>Z∗)=0.005P(Z > Z^*) = 0.005, 請問 Z∗Z^* 值為何?

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此題考驗對標準常態分配 (Standard Normal Distribution) 的了解,特別是其分位點 (quantile) 的概念。
標準常態分配的機率密度函數為 f(z)=12πe−z22f(z) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{z^2}{2}},其期望值為 0,標準差為 1。
題目給定 Z∼N(0,1)Z \sim N(0,1),並且 P(Z>Z∗)=0.005P(Z > Z^*) = 0.005。這表示 Z∗Z^* 是標準常態分配的右尾機率為 0.005 的值,亦即 Z∗Z^* 是該分配的 1−0.005=0.9951 - 0.005 = 0.995 分位點。
我們需要查找標準常態分配表或使用統計軟體來找到這個值。
通常,我們查找的是累積機率 P(Z≤z)P(Z \leq z)。

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第 5 題

承上題,若正常兩歲皮卡丘每日體重為隨機變數 WW (公斤),令 V=Z−WV = Z - W, 且 VV 和 ZZ 獨立, VV 和 WW 獨立; 請問隨機變數 VV 的變異數為何?

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核心觀念

本題考查:

  • 變異數的線性組合公式
  • 獨立隨機變數的共變異數為 00
  • 共變異數的雙線性質

已知

V=Z−WV=Z-W

且 VV 分別與 ZZ、WW 獨立,因此

Cov⁡(V,Z)=0,Cov⁡(V,W)=0\operatorname{Cov}(V,Z)=0,\qquad \operatorname{Cov}(V,W)=0

解題方法

由 V=Z−WV=Z-W,先計算 VV 與 ZZ 的共變異數:

Cov⁡(V,Z)=Cov⁡(Z−W,Z)\operatorname{Cov}(V,Z) =\operatorname{Cov}(Z-W,Z) =Var⁡(Z)−Cov⁡(W,Z)=\operatorname{Var}(Z)-\operatorname{Cov}(W,Z)

因為 VV 與 ZZ 獨立,所以 Cov⁡(V,Z)=0\operatorname{Cov}(V,Z)=0,故

Cov⁡(Z,W)=Var⁡(Z)\operatorname{Cov}(Z,W)=\operatorname{Var}(Z)

再計算 VV 與 WW 的共變異數:

Cov⁡(V,W)=Cov⁡(Z−W,W)\operatorname{Cov}(V,W) =\operatorname{Cov}(Z-W,W) =Cov⁡(Z,W)−Var⁡(W)=\operatorname{Cov}(Z,W)-\operatorname{Var}(W)

因為 VV 與 WW 獨立,所以 Cov⁡(V,W)=0\operatorname{Cov}(V,W)=0,故

Cov⁡(Z,W)=Var⁡(W)\operatorname{Cov}(Z,W)=\operatorname{Var}(W)

因此

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第 6 題

承上題,若 WW 為常態分配, W∼N(μW,σW2)W \sim N(\mu_W, \sigma_W^2), 且 μW\mu_W 和 σW2\sigma_W^2 未知。隨機抽樣兩個樣本 W1W_1 和 W2W_2, 定義 Wˉ=W1+W22\bar{W} = \frac{W_1 + W_2}{2}, 請寫出統計量 (W1−Wˉ)2+(W2−Wˉ)2σW2\frac{(W_1 - \bar{W})^2 + (W_2 - \bar{W})^2}{\sigma_W^2} 的分配, 並寫出該分配的期望值和變異數。

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此題考驗對卡方分配 (Chi-squared distribution) 的理解,以及樣本變異數的性質。

題目定義了統計量:S2=(W1−Wˉ)2+(W2−Wˉ)2σW2S^2 = \frac{(W_1 - \bar{W})^2 + (W_2 - \bar{W})^2}{\sigma_W^2}。
其中 W1,W2W_1, W_2 是從 N(μW,σW2)N(\mu_W, \sigma_W^2) 的母體中抽取的兩個獨立樣本。
Wˉ=W1+W22\bar{W} = \frac{W_1 + W_2}{2} 是這兩個樣本的平均數。

首先,我們需要確定統計量的分佈。
觀察分子中的 (W1−Wˉ)2+(W2−Wˉ)2(W_1 - \bar{W})^2 + (W_2 - \bar{W})^2。
W1−Wˉ=W1−W1+W22=2W1−W1−W22=W1−W22W_1 - \bar{W} = W_1 - \frac{W_1 + W_2}{2} = \frac{2W_1 - W_1 - W_2}{2} = \frac{W_1 - W_2}{2}。
W2−Wˉ=W2−W1+W22=2W2−W1−W22=W2−W12=−W1−W22W_2 - \bar{W} = W_2 - \frac{W_1 + W_2}{2} = \frac{2W_2 - W_1 - W_2}{2} = \frac{W_2 - W_1}{2} = -\frac{W_1 - W_2}{2}。

所以,(W1−Wˉ)2=(W1−W22)2=(W1−W2)24(W_1 - \bar{W})^2 = (\frac{W_1 - W_2}{2})^2 = \frac{(W_1 - W_2)^2}{4}。
(W2−Wˉ)2=(−W1−W22)2=(W1−W2)24(W_2 - \bar{W})^2 = (-\frac{W_1 - W_2}{2})^2 = \frac{(W_1 - W_2)^2}{4}。

因此,分子為:
(W1−Wˉ)2+(W2−Wˉ)2=(W1−W2)24+(W1−W2)24=2(W1−W2)24=(W1−W2)22(W_1 - \bar{W})^2 + (W_2 - \bar{W})^2 = \frac{(W_1 - W_2)^2}{4} + \frac{(W_1 - W_2)^2}{4} = \frac{2(W_1 - W_2)^2}{4} = \frac{(W_1 - W_2)^2}{2}。

統計量變為:S2=(W1−W2)2/2σW2=(W1−W2)22σW2S^2 = \frac{(W_1 - W_2)^2 / 2}{\sigma_W^2} = \frac{(W_1 - W_2)^2}{2\sigma_W^2}。

現在,我們需要知道 W1−W2σW\frac{W_1 - W_2}{\sigma_W} 的分佈。
令 D=W1−W2D = W_1 - W_2。
E(D)=E(W1)−E(W2)=μW−μW=0E(D) = E(W_1) - E(W_2) = \mu_W - \mu_W = 0。
var(D)=var(W1−W2)=var(W1)+var(W2)\text{var}(D) = \text{var}(W_1 - W_2) = \text{var}(W_1) + \text{var}(W_2) (因為 W1,W2W_1, W_2 獨立)。
var(D)=σW2+σW2=2σW2\text{var}(D) = \sigma_W^2 + \sigma_W^2 = 2\sigma_W^2。

因此,Dvar(D)=W1−W22σW2=W1−W22σW\frac{D}{\sqrt{\text{var}(D)}} = \frac{W_1 - W_2}{\sqrt{2\sigma_W^2}} = \frac{W_1 - W_2}{\sqrt{2}\sigma_W} 是一個標準常態分配 N(0,1)N(0,1)。

令 Z′=W1−W22σWZ' = \frac{W_1 - W_2}{\sqrt{2}\sigma_W}。則 Z′∼N(0,1)Z' \sim N(0,1)。
我們的統計量是 S2=(W1−W2)22σW2=(W1−W22σW)2=(Z′)2S^2 = \frac{(W_1 - W_2)^2}{2\sigma_W^2} = (\frac{W_1 - W_2}{\sqrt{2}\sigma_W})^2 = (Z')^2。

一個標準常態分配的平方服從自由度為 1 的卡方分配。
所以,(W1−W2)22σW2∼χ2(1)\frac{(W_1 - W_2)^2}{2\sigma_W^2} \sim \chi^2(1)。

然而,題目給的統計量是 (W1−Wˉ)2+(W2−Wˉ)2σW2\frac{(W_1 - \bar{W})^2 + (W_2 - \bar{W})^2}{\sigma_W^2}。
我們之前計算得到 (W1−Wˉ)2+(W2−Wˉ)2=(W1−W2)22(W_1 - \bar{W})^2 + (W_2 - \bar{W})^2 = \frac{(W_1 - W_2)^2}{2}。

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第 7 題

是非題,每題5分(共20分,須說明理由,如敘述錯誤請更正)
若隨機變數 XX 和 YY 為無相關,則 E(XY)=E(X)E(Y)E(XY) = E(X)E(Y)。

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這一題的完整詳解

此題考驗對「無相關」(uncorrelated) 與「獨立」(independent) 兩個概念的區別。

敘述:「若隨機變數 XX 和 YY 為無相關,則 E(XY)=E(X)E(Y)E(XY) = E(X)E(Y)。」

說明:
「無相關」是指 Cov(X,Y)=E[(X−E(X))(Y−E(Y))]=0Cov(X, Y) = E[(X - E(X))(Y - E(Y))] = 0。
展開後,即 E(XY)−E(X)E(Y)−E(Y)E(X)+E(X)E(Y)=0E(XY) - E(X)E(Y) - E(Y)E(X) + E(X)E(Y) = 0。
E(XY)−E(X)E(Y)−E(Y)E(X)+E(X)E(Y)=0E(XY) - E(X)E(Y) - E(Y)E(X) + E(X)E(Y) = 0
E(XY)−E(X)E(Y)=0E(XY) - E(X)E(Y) = 0 (因為 E(X)E(X) 和 E(Y)E(Y) 是常數,所以 E(Y)E(X)=E(X)E(Y)E(Y)E(X) = E(X)E(Y))。
因此,E(XY)=E(X)E(Y)E(XY) = E(X)E(Y)。

這表示「無相關」這個條件,確實可以推導出 E(XY)=E(X)E(Y)E(XY) = E(X)E(Y)。
所以,這個敘述是正確的。

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第 8 題

是非題,每題5分(共20分,須說明理由,如敘述錯誤請更正)
邦費羅尼校正 (Bonferroni correction), 或稱為邦費羅尼程序 (Bonferroni procedure) 是針對迴歸分析的事後結果做校正和檢定的一個統計方法。

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這一題的完整詳解

此題考驗對邦費羅尼校正 (Bonferroni correction) 的理解及其適用範圍。

邦費羅尼校正是用於多重比較 (multiple comparisons) 的一種方法,目的是在進行多次假設檢定時,控制整體第一類錯誤率 (family-wise error rate, FWER)。
當我們進行了 mm 次獨立或相關的檢定時,若每次檢定的顯著水準為 α\alpha,則整體犯第一類錯誤的機率可能遠大於 α\alpha。
邦費羅尼校正的做法是將原來的顯著水準 α\alpha 除以檢定次數 mm,即設定每個單獨檢定的顯著水準為 α′=αm\alpha' = \frac{\alpha}{m}。
這樣做可以確保整體第一類錯誤率不會超過 α\alpha。

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第 9 題

是非題,每題5分(共20分,須說明理由,如敘述錯誤請更正)
隨機抽取隨機樣本 {X1,X2,...,Xn}\{X_1, X_2, ..., X_n\}, 隨機變數 XX 屬於某一分配; 根據中央極限定理,樣本平均數在極限上一定逼近常態分配。

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這一題的完整詳解

此題考驗對中央極限定理 (Central Limit Theorem, CLT) 的理解。

中央極限定理是統計學中最基本的定理之一。其核心內容是:
如果從一個具有有限期望值 μ\mu 和有限變異數 σ2\sigma^2 的任何母體分佈中,獨立地抽取一個足夠大的隨機樣本 {X1,X2,...,Xn}\{X_1, X_2, ..., X_n\},那麼樣本平均數 Xˉ=1n∑i=1nXi\bar{X} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n} X_i 的抽樣分佈將近似於一個常態分配 N(μ,σ2n)N(\mu, \frac{\sigma^2}{n})。
隨著樣本大小 nn 的增加,這個近似會變得越來越精確。

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第 10 題

是非題,每題5分(共20分,須說明理由,如敘述錯誤請更正)
卡方檢定 (Chi-square test) 的檢定統計量遵循卡方分配。

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此題考驗對卡方檢定 (Chi-square test) 和卡方分配 (Chi-squared distribution) 的理解。

卡方檢定是一類統計檢定方法的總稱,用於分析類別數據。常見的卡方檢定包括:

  1. 適合度檢定 (Goodness-of-fit test):檢定觀察到的頻率分佈是否與理論上的預期頻率分佈一致。
  2. 獨立性檢定 (Test of independence):檢定兩個類別變數之間是否相互獨立。
  3. 同質性檢定 (Test of homogeneity):檢定不同群體之間對於某個類別變數的比例是否相同。
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第 11 題

選擇及填充題,每題5分(共50分,本部分作答時請直接寫出題號及答案,不需要附上計算過程。)
小遙想要利用台灣上市公司的資料估計以下證券市場線 (security market line, SML):
E(ri)=γ0+γ1βi+uiE(r_i) = \gamma_0 + \gamma_1 \beta_i + u_i (1)
其中 E(ri)E(r_i) 是公司的預期報酬, βi\beta_i 代表 ii 公司股價報酬受到大盤報酬影響的程度。假設 βi\beta_i 可以直接觀察到, 且 Cov(βi,ui)=0Cov(\beta_i, u_i) = 0。但由於 E(ri)E(r_i) 無法直接觀察到, 因此小遙使用公司過去十年的平均報酬率 r^i\hat{r}_i 來替代 E(ri)E(r_i)。假設 E(ri)E(r_i) 與 r^i\hat{r}_i 之間存在一衡量誤差 e0e_0:
e0=r^i−E(ri)e_0 = \hat{r}_i - E(r_i) (2)
另假設 Cov(βi,e0)=0Cov(\beta_i, e_0) = 0。令經由古典最小平方法 (ordinary least square, OLS) 得到的 γ0\gamma_0 和 γ1\gamma_1 的估計式分別為 γ^0\hat{\gamma}_0 和 γ^1\hat{\gamma}_1; 請問以下敘述何者正確? 注意答案可能不只一個。
(a) γ^0\hat{\gamma}_0 為 γ0\gamma_0 的不偏及一致估計式
(b) γ^1\hat{\gamma}_1 為 γ1\gamma_1 的不偏及一致估計式
(c) γ^1\hat{\gamma}_1 的標準誤 (standard error) 將比沒有衡量誤差 (e0=0e_0 = 0) 時來得大的
(d) γ^1\hat{\gamma}_1 的標準誤將比沒有衡量誤差時來得小

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核心觀念

本題考的是「應變數的衡量誤差」對 OLS 估計的影響,以及「零共變異數、不偏性、一致性」三者的差別。

依題目明列條件,四個選項都不是必然成立的敘述。要得到常見的「選 (a)、(b)、(c)」,必須另加零條件平均、衡量誤差與原誤差不相關等假設。

將衡量誤差寫成 e0ie_{0i},由題意可得:

r^i=E(ri)+e0i=γ0+γ1βi+ui+e0i.\hat r_i=E(r_i)+e_{0i} =\gamma_0+\gamma_1\beta_i+u_i+e_{0i}.

令合併誤差為 vi=ui+e0iv_i=u_i+e_{0i}。題目給定:

Cov⁡(βi,vi)=Cov⁡(βi,ui)+Cov⁡(βi,e0i)=0.\operatorname{Cov}(\beta_i,v_i) =\operatorname{Cov}(\beta_i,u_i) +\operatorname{Cov}(\beta_i,e_{0i}) =0.

但這只表示 βi\beta_i 與 viv_i 沒有線性相關,並不表示:

E(vi∣βi)=0,E(vi)=0,Cov⁡(ui,e0i)=0.E(v_i\mid\beta_i)=0, \qquad E(v_i)=0, \qquad \operatorname{Cov}(u_i,e_{0i})=0.

這些未給定的條件,正是判斷各選項的關鍵。

解題方法

一、由 OLS 公式判斷斜率與截距

設樣本有 nn 家公司,並令:

Sββ=∑i=1n(βi−βˉ)2.S_{\beta\beta} =\sum_{i=1}^{n}(\beta_i-\bar\beta)^2.

OLS 斜率可寫成:

γ^1=γ1+∑i=1n(βi−βˉ)viSββ.\hat\gamma_1 =\gamma_1+ \frac{\sum_{i=1}^{n}(\beta_i-\bar\beta)v_i} {S_{\beta\beta}}.

有限樣本不偏性要求右側比值的期望為零。由於分母也會隨樣本變動,母體的 Cov⁡(βi,vi)=0\operatorname{Cov}(\beta_i,v_i)=0 並不足以保證這件事。常用的充分條件是:給定整組解釋變數後,各誤差的條件平均均為零。

至於一致性,在獨立同分配、適當有限動差及 Var⁡(βi)>0\operatorname{Var}(\beta_i)>0 等通常條件下:

plim⁡γ^1=γ1+Cov⁡(βi,vi)Var⁡(βi)=γ1.\operatorname{plim}\hat\gamma_1 =\gamma_1+ \frac{\operatorname{Cov}(\beta_i,v_i)} {\operatorname{Var}(\beta_i)} =\gamma_1.

因此,題目的零共變異數條件可支持斜率的一致性,但不能直接推出有限樣本不偏性。

截距則滿足:

γ^0=r^ˉ−γ^1βˉ=γ0+vˉ−(γ^1−γ1)βˉ.\hat\gamma_0 =\bar{\hat r}-\hat\gamma_1\bar\beta =\gamma_0+\bar v-(\hat\gamma_1-\gamma_1)\bar\beta.

在上述通常條件下:

plim⁡γ^0=γ0+E(vi)=γ0+E(ui)+E(e0i).\operatorname{plim}\hat\gamma_0 =\gamma_0+E(v_i) =\gamma_0+E(u_i)+E(e_{0i}).

題目沒有給定誤差平均為零,因此截距未必收斂至 γ0\gamma_0。

二、比較合併誤差的變異數

加入衡量誤差後:

Var⁡(vi)=Var⁡(ui)+Var⁡(e0i)+2Cov⁡(ui,e0i).\operatorname{Var}(v_i) =\operatorname{Var}(u_i) +\operatorname{Var}(e_{0i}) +2\operatorname{Cov}(u_i,e_{0i}).

因此,衡量誤差是否增加誤差變異數,取決於它與原誤差之間的共變異數,不能只看 Var⁡(e0i)\operatorname{Var}(e_{0i})。

在同方差、不同公司誤差互不相關,且條件平均為零的通常迴歸設定下,給定相同的 βi\beta_i 樣本:

Var⁡(γ^1∣β1,…,βn)=σv2Sββ.\operatorname{Var}(\hat\gamma_1\mid\beta_1,\ldots,\beta_n) =\frac{\sigma_v^2}{S_{\beta\beta}}.

所以斜率的理論標準誤如何變動,關鍵在於 σv2\sigma_v^2 如何變動。

選項分析

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第 12 題

承第11題。假設 E(ri)E(r_i) 可以直接觀察到, 但在估計 βi\beta_i 時有衡量誤差 e1e_1:
e1=β^i−βie_1 = \hat{\beta}_i - \beta_i (3)
其中 β^i\hat{\beta}_i 代表 βi\beta_i 的估計值。另假設 Cov(βi,e1)=0Cov(\beta_i, e_1) = 0。請問以下敘述何者正確? 注意答案可能不只一個。
(a) γ^0\hat{\gamma}_0 為 γ0\gamma_0 的不偏及一致估計式
(b) γ^1\hat{\gamma}_1 為 γ1\gamma_1 的不偏及一致估計式
(c) γ^1\hat{\gamma}_1 的標準誤將比沒有衡量誤差 (e1=0e_1=0) 時來得大
(d) γ^1\hat{\gamma}_1 的標準誤將比沒有衡量誤差時來得小

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這一題的完整詳解

此題考驗對計量經濟學中解釋變數 (自變數) 衡量誤差 (measurement error in explanatory variable) 的影響。

題目模型為 E(ri)=γ0+γ1βi+uiE(r_i) = \gamma_0 + \gamma_1 \beta_i + u_i。
現在假設 E(ri)E(r_i) 可直接觀察,但 βi\beta_i 有衡量誤差 e1e_1,即 β^i=βi+e1\hat{\beta}_i = \beta_i + e_1。
因此,實際估計的模型是 ri=γ0+γ1β^i+vir_i = \gamma_0 + \gamma_1 \hat{\beta}_i + v_i。
其中 vi=ui−γ1e1v_i = u_i - \gamma_1 e_1。
我們有 Cov(βi,ui)=0Cov(\beta_i, u_i) = 0 (標準 SML 假設)。
題目給定 Cov(βi,e1)=0Cov(\beta_i, e_1) = 0。

分析 OLS 估計量 γ^1\hat{\gamma}_1 的性質:
OLS 估計量的一致性要求 Cov(β^i,vi)=0Cov(\hat{\beta}_i, v_i) = 0。
Cov(β^i,vi)=Cov(βi+e1,ui−γ1e1)Cov(\hat{\beta}_i, v_i) = Cov(\beta_i + e_1, u_i - \gamma_1 e_1)
=Cov(βi,ui)−γ1Cov(βi,e1)+Cov(e1,ui)−γ1Cov(e1,e1)= Cov(\beta_i, u_i) - \gamma_1 Cov(\beta_i, e_1) + Cov(e_1, u_i) - \gamma_1 Cov(e_1, e_1)
=0−γ1×0+Cov(e1,ui)−γ1var(e1)= 0 - \gamma_1 \times 0 + Cov(e_1, u_i) - \gamma_1 \text{var}(e_1)
=Cov(e1,ui)−γ1var(e1)= Cov(e_1, u_i) - \gamma_1 \text{var}(e_1)。

如果我們假設衡量誤差 e1e_1 與原始誤差項 uiu_i 無關,即 Cov(e1,ui)=0Cov(e_1, u_i) = 0,那麼
Cov(β^i,vi)=−γ1var(e1)Cov(\hat{\beta}_i, v_i) = - \gamma_1 \text{var}(e_1)。
由於 γ1\gamma_1 (SML 的斜率) 通常為正,且 var(e1)>0\text{var}(e_1) > 0 (因為有衡量誤差),所以 Cov(β^i,vi)<0Cov(\hat{\beta}_i, v_i) < 0。
這意味著解釋變數 β^i\hat{\beta}_i 與新的誤差項 viv_i 存在負相關。
因此,OLS 估計量 γ^1\hat{\gamma}_1 是有偏 (biased) 且不一致 (inconsistent) 的。

關於選項 (b) γ^1\hat{\gamma}_1 為 γ1\gamma_1 的不偏及一致估計式:
由於 γ^1\hat{\gamma}_1 是不一致的,所以這個選項是錯誤的。

關於選項 (a) γ^0\hat{\gamma}_0 為 γ0\gamma_0 的不偏及一致估計式:
由於 γ^1\hat{\gamma}_1 不一致,γ^0\hat{\gamma}_0 通常也會不一致。所以這個選項也是錯誤的。

接下來分析標準誤 (選項 (c) 和 (d)):
當解釋變數存在衡量誤差時,OLS 估計量的變異數 (和標準誤) 會受到影響。

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第 13 題

承第12題,但更改假設為 Cov(βi,e1)=0Cov(\beta_i, e_1) = 0。換言之, Cov(βi,e1)≠0Cov(\beta_i, e_1) \neq 0。 請問以下敘述何者正確? 注意答案可能不只一個。
(a) γ^0\hat{\gamma}_0 為 γ0\gamma_0 的不偏及一致估計式
(b) γ^1\hat{\gamma}_1 的機率極限 (probability limit, plim()) 將高於 γ1\gamma_1, 因此可能高估母體 SML 的斜率
(c) γ^1\hat{\gamma}_1 的機率極限將低於 γ1\gamma_1, 因此可能低估母體 SML 的斜率
(d) γ^1\hat{\gamma}_1 的標準誤將比沒有衡量誤差 (e1=0e_1=0) 時來得大。

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核心觀念
本題屬於 測量誤差 (errors‑in‑variables) 與 OLS 估計量的偏誤與一致性 的應用。

  • 觀測模型:
    ri=αi+βi rM+ui,i=1,…,Nr_i = \alpha_i + \beta_i\,r_M + u_i, \qquad i=1,\dots,N
    其中 rir_i 為資產 ii 的期望報酬,rMr_M 為市場投資組合報酬,βi\beta_i 為真實的系統風險係數。
  • 估計模型:因 βi\beta_i 只能由時間序列估計得到,寫成
    β^i=βi+ei,\hat\beta_i = \beta_i + e_i ,
    其中 eie_i 為測量誤差。
  • 再以橫斷面回歸(SML)估計
    rˉi=γ0+γ1β^i+εi\bar r_i = \gamma_0 + \gamma_1 \hat\beta_i + \varepsilon_i
    其中 rˉi\bar r_i 為資產 ii 的樣本平均報酬。

若測量誤差 與真實斜率 βi\beta_i 無相關(Cov(βi,ei)=0Cov(\beta_i,e_i)=0),則

plim(γ^1)=Cov(βi,rˉi)Var(βi)+Var(ei)=γ1Var(βi)Var(βi)+Var(ei)<γ1,plim(\hat\gamma_1)=\frac{Cov(\beta_i,\bar r_i)}{Var(\beta_i)+Var(e_i)} =\gamma_1\frac{Var(\beta_i)}{Var(\beta_i)+Var(e_i)}<\gamma_1 ,

即著名的 衰減偏誤 (attenuation bias);截距 γ^0\hat\gamma_0 仍為不偏且一致。

本題把假設改為 Cov(βi,ei)≠0Cov(\beta_i,e_i)\neq0(未指定符號),此時

plim(γ^1)=Cov(βi,rˉi)+Cov(ei,rˉi)Var(βi)+Var(ei)+2 Cov(βi,ei).plim(\hat\gamma_1)=\frac{Cov(\beta_i,\bar r_i)+Cov(e_i,\bar r_i)} {Var(\beta_i)+Var(e_i)+2\,Cov(\beta_i,e_i)} .

因 rˉi=γ0+γ1βi+ui\bar r_i =\gamma_0+\gamma_1\beta_i+u_i,且 Cov(ei,ui)=0Cov(e_i,u_i)=0(常假設),有

Cov(ei,rˉi)=γ1 Cov(ei,βi).Cov(e_i,\bar r_i)=\gamma_1\,Cov(e_i,\beta_i) .

代入得

plim(γ^1)=γ1  Var(βi)+Cov(ei,βi)Var(βi)+Var(ei)+2 Cov(βi,ei).plim(\hat\gamma_1)=\gamma_1\;\frac{Var(\beta_i)+Cov(e_i,\beta_i)} {Var(\beta_i)+Var(e_i)+2\,Cov(\beta_i,e_i)} .

解題方法

  1. 先寫出 測量誤差模型 的 OLS 估計式,並以 概率極限 (plim) 方式展開。
  2. 由 Cov(βi,ei)≠0Cov(\beta_i,e_i)\neq0 可以直接判斷:
    • 分子與分母都受到 Cov(βi,ei)Cov(\beta_i,e_i) 的影響,偏誤的方向取決於 Cov(βi,ei)Cov(\beta_i,e_i) 的正負。
    • 截距 γ^0\hat\gamma_0 的 plimplim 變為
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第 14 題

承第13題,請寫出 γ^1\hat{\gamma}_1 的機率極限, 應為 γ1,βi\gamma_1, \beta_i 及 e1e_1 的函數。

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這一題的完整詳解

此題要求寫出 OLS 估計量 γ^1\hat{\gamma}_1 的機率極限 (plim),作為 γ1,βi\gamma_1, \beta_i 和 e1e_1 的函數。
這是第 13 題的延續,但第 13 題的假設是 Cov(βi,e1)≠0Cov(\beta_i, e_1) \neq 0。

模型為 ri=γ0+γ1βi+uir_i = \gamma_0 + \gamma_1 \beta_i + u_i,但我們觀察到 β^i=βi+e1\hat{\beta}_i = \beta_i + e_1。
估計模型為 ri=γ0+γ1β^i+vir_i = \gamma_0 + \gamma_1 \hat{\beta}_i + v_i,其中 vi=ui−γ1e1v_i = u_i - \gamma_1 e_1。
我們假設 Cov(βi,ui)=0Cov(\beta_i, u_i) = 0,Cov(e1,ui)=0Cov(e_1, u_i) = 0。
第 13 題的假設是 Cov(βi,e1)≠0Cov(\beta_i, e_1) \neq 0。

OLS 估計量 γ^1\hat{\gamma}_1 的機率極限由以下公式給出:
plim(γ^1)=Cov(β^i,ri)Var(β^i)\text{plim}(\hat{\gamma}_1) = \frac{Cov(\hat{\beta}_i, r_i)}{Var(\hat{\beta}_i)}

我們需要計算分子和分母。
分母:Var(β^i)Var(\hat{\beta}_i)
β^i=βi+e1\hat{\beta}_i = \beta_i + e_1
Var(β^i)=Var(βi+e1)=Var(βi)+Var(e1)+2Cov(βi,e1)Var(\hat{\beta}_i) = Var(\beta_i + e_1) = Var(\beta_i) + Var(e_1) + 2 Cov(\beta_i, e_1)
令 σβ2=Var(βi)\sigma_\beta^2 = Var(\beta_i), σe2=Var(e1)\sigma_e^2 = Var(e_1), σβe=Cov(βi,e1)\sigma_{\beta e} = Cov(\beta_i, e_1)。
則 Var(β^i)=σβ2+σe2+2σβeVar(\hat{\beta}_i) = \sigma_\beta^2 + \sigma_e^2 + 2\sigma_{\beta e}。

分子:Cov(β^i,ri)Cov(\hat{\beta}_i, r_i)
ri=γ0+γ1βi+uir_i = \gamma_0 + \gamma_1 \beta_i + u_i
β^i=βi+e1\hat{\beta}_i = \beta_i + e_1
Cov(β^i,ri)=Cov(βi+e1,γ0+γ1βi+ui)Cov(\hat{\beta}_i, r_i) = Cov(\beta_i + e_1, \gamma_0 + \gamma_1 \beta_i + u_i)

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第 15 題

小光想要利用 OLS 估計公司的營收與資產報酬率對於公司執行長 (CEO) 薪資的影響, 並得到以下結果:
salary=2,306+217ln⁡(sales)+3,361ROAi\text{salary} = 2,306 + 217 \ln(\text{sales}) + 3,361 \text{ROA}_i
N=123,R2=0.20N = 123, R^2 = 0.20
其中 salary\text{salary} 為 CEO 的薪資, 單位為千元。sales\text{sales} 為公司營收, 單位為百萬元。ln⁡\ln 為自然對數。ROAROA 為資產報酬率, 計算方式為公司稅前息前盈餘 (單位: 新台幣元) 除以公司總資產帳面價值 (單位: 新台幣元)。 NN 為樣本數。 R2R^2 為判定係數。請問以下對於迴歸結果的解讀何者正確? 注意答案可能不只一個。
(a) 公司營收增加 1% 時, CEO 的薪資將增加 21.7 萬元
(b) 公司營收每增加 1 千萬時, CEO 的薪資將增加 21.7%
(c) 公司 ROA 增加 1 個百分點時, CEO 薪資將增加 336.1 萬元
(d) 公司 ROA 增加 1 個百分點時, CEO 薪資將增加 3.361 萬元

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【核心觀念】

  1. OLS 迴歸係數的解釋

    • 迴歸式 y=β0+β1x1+β2x2y = \beta_0 + \beta_1 x_1 + \beta_2 x_2 中,β1\beta_1 表示 自變數 x1x_1 增加 1 個單位,其他變數不變 時,因變數 yy 會改變 β1\beta_1 個單位。
    • 係數的單位必須與變數的量測單位相配合。
  2. 對數變數的增幅解釋

    • 若自變數以自然對數形式加入:y=β0+β1ln⁡(x)y = \beta_0 + \beta_1 \ln(x),則 xx 增加 k%k\%(即 xx 乘以 1+k/1001+k/100)所帶來的 yy 變化為
      Δy=β1[ln⁡(x(1+k/100))−ln⁡(x)]=β1ln⁡(1+k/100).\Delta y = \beta_1\big[\ln(x(1+k/100))-\ln(x)\big]=\beta_1\ln(1+k/100).
    • ln⁡(1.01)≈0.00995\ln(1.01) \approx 0.00995,即「1%」對數變化約為 0.010.01。
  3. ROA 的量測

    • ROAROA 為「稅前息前盈餘 / 總資產」的比例,常以 百分點(0.01)表示。迴歸式中的 ROAiROA_i 為純數值(如 0.035 = 3.5%),所以係數 β2\beta_2 代表 ROAROA 每 增加 1 個完整單位(即 100%) 時,薪資變化 β2\beta_2(千元)。

【解題方法】

  1. 確認各變數的量測單位

    • salary\text{salary}:千元 (NTD)。
    • sales\text{sales}:百萬元 (= 1,000,000 NTD)。
    • ROAROA:純比例(如 0.05 代表 5%)。
  2. 逐一檢驗選項

    • (a)「公司營收增加 1% 時,CEO 的薪資將增加 21.7 萬元」
      • 1% 增幅的對數變化 Δln⁡(sales)=ln⁡(1.01)≈0.00995\Delta\ln(\text{sales})=\ln(1.01)\approx0.00995。
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第 16 題

承15題,若 ROA 的係數的 t 統計量 (t-statistic) 為 6.39, 請寫下 ROA 的係數在 95% 水準下的信賴區間。由於在小光的樣本數下 t 分配已非常接近 z 分配, 請直接使用 z 分配的臨界值。請將答案四捨五入到整數。

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這一題的完整詳解

此題考驗對迴歸係數信賴區間的計算,以及 t 分配近似於 z 分配的應用。

迴歸模型為:salaryi=β0+β1ln⁡(salesi)+β2ROAi+ui\text{salary}_i = \beta_0 + \beta_1 \ln(\text{sales}_i) + \beta_2 \text{ROA}_i + u_i。
我們關注 ROA 的係數 β2\beta_2 (在題目中為 β^2=3361\hat{\beta}_2 = 3361)。
給定的 t 統計量為 tβ^2=6.39t_{\hat{\beta}_2} = 6.39。
樣本數 N=123N = 123。
信賴水準為 95%。
由於 N=123N=123 較大,t 分配近似於標準常態 (z) 分配。

信賴區間 (Confidence Interval, CI) 的計算公式為:
CI=β^±tα/2,df×SE(β^)CI = \hat{\beta} \pm t_{\alpha/2, df} \times SE(\hat{\beta})
或
CI=β^±zα/2×SE(β^)CI = \hat{\beta} \pm z_{\alpha/2} \times SE(\hat{\beta}) (當使用 z 分配近似時)

其中,β^\hat{\beta} 是係數的估計值,SE(β^)SE(\hat{\beta}) 是該估計量的標準誤。
t 統計量定義為:t=β^−βSE(β^)t = \frac{\hat{\beta} - \beta}{\text{SE}(\hat{\beta})}。
所以,SE(β^)=β^tSE(\hat{\beta}) = \frac{\hat{\beta}}{t}。

我們有 β^2=3361\hat{\beta}_2 = 3361 (根據題目係數估計值)。
tβ^2=6.39t_{\hat{\beta}_2} = 6.39。
所以,SE(β^2)=∣β^2∣tβ^2=33616.39SE(\hat{\beta}_2) = \frac{|\hat{\beta}_2|}{t_{\hat{\beta}_2}} = \frac{3361}{6.39}。
SE(β^2)≈526.0SE(\hat{\beta}_2) \approx 526.0。

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第 17 題

是非題,每題5分(共20分,須說明理由,如敘述錯誤請更正)
承15題,請寫下聯合檢定 ln⁡(sales)\ln(\text{sales}) 及 ROA 的係數皆為零的 F 統計量 (F-statistic) 值。

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這一題的完整詳解

此題考驗對 F 檢定 (F-test) 在多元迴歸中的應用,特別是聯合檢定 (joint test)。

在多元迴歸模型中,F 檢定用於檢定所有自變數的係數是否同時為零。
模型為:salaryi=β0+β1ln⁡(salesi)+β2ROAi+ui\text{salary}_i = \beta_0 + \beta_1 \ln(\text{sales}_i) + \beta_2 \text{ROA}_i + u_i。
虛無假設 H0H_0:β1=0\beta_1 = 0 且 β2=0\beta_2 = 0。
對立假設 H1H_1:至少有一個係數不為零 (β1≠0\beta_1 \neq 0 或 β2≠0\beta_2 \neq 0)。

F 統計量的計算公式為:
F=(SSRrestricted−SSRunrestricted)/qSSRunrestricted/(N−k−1)F = \frac{(\text{SSR}_{\text{restricted}} - \text{SSR}_{\text{unrestricted}})/q}{\text{SSR}_{\text{unrestricted}}/(N-k-1)}
其中:

  • SSRrestricted\text{SSR}_{\text{restricted}} 是受限模型 (restricted model) 的殘差平方和。
  • SSRunrestricted\text{SSR}_{\text{unrestricted}} 是無限制模型 (unrestricted model) 的殘差平方和。
  • qq 是被檢定的約束條件的數量 (在此為 2,因為我們檢定 β1=0\beta_1=0 和 β2=0\beta_2=0)。
  • NN 是樣本數 (123)。
  • kk 是無限制模型中自變數的數量 (在此為 2,即 ln⁡(sales)\ln(\text{sales}) 和 ROA)。

無限制模型是完整的迴歸模型:salaryi=β0+β1ln⁡(salesi)+β2ROAi+ui\text{salary}_i = \beta_0 + \beta_1 \ln(\text{sales}_i) + \beta_2 \text{ROA}_i + u_i。
其殘差平方和為 SSRunrestricted=SSEunrestricted\text{SSR}_{\text{unrestricted}} = \text{SSE}_{\text{unrestricted}}。

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第 18 題

是非題,每題5分(共20分,須說明理由,如敘述錯誤請更正)
承15題,若小光將 CEO 薪資的衡量單位由新台幣改為美元 (假設 1 美元 = 30 新台幣), 請問以下敘述何者正確? 注意答案可能不只一個。
(a) ROA 的係數將縮小為原來的 1/30
(b) ROA 的 t 統計量 (t-statistic) 值將縮小為原來的 1/30
(c) 模型的殘差平方和 (sum of squared residuals) 將縮小為原來的 1/30
(d) 模型的均方根誤差 (root mean squared error, 或 standard error of the regression) 將縮小為原來的 1/30

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這一題的完整詳解

此題考驗變數單位變換對迴歸係數、t 統計量、殘差平方和及均方根誤差的影響。

原模型:salaryTWD=β0+β1ln⁡(sales)+β2ROA+u\text{salary}_{\text{TWD}} = \beta_0 + \beta_1 \ln(\text{sales}) + \beta_2 \text{ROA} + u。
β^2=3361\hat{\beta}_2 = 3361。

將 CEO 薪資的單位由新台幣改為美元。
令 salaryUSD=salaryTWD30\text{salary}_{\text{USD}} = \frac{\text{salary}_{\text{TWD}}}{30}。
則 salaryTWD=30×salaryUSD\text{salary}_{\text{TWD}} = 30 \times \text{salary}_{\text{USD}}。

新的模型為:30×salaryUSD=β0+β1ln⁡(sales)+β2ROA+u30 \times \text{salary}_{\text{USD}} = \beta_0 + \beta_1 \ln(\text{sales}) + \beta_2 \text{ROA} + u。
除以 30,得到:
salaryUSD=β030+β130ln⁡(sales)+β230ROA+u30\text{salary}_{\text{USD}} = \frac{\beta_0}{30} + \frac{\beta_1}{30} \ln(\text{sales}) + \frac{\beta_2}{30} \text{ROA} + \frac{u}{30}。

令新的係數為 β0′,β1′,β2′\beta_0', \beta_1', \beta_2',新的誤差項為 u′u'。
β0′=β0/30\beta_0' = \beta_0/30
β1′=β1/30\beta_1' = \beta_1/30
β2′=β2/30\beta_2' = \beta_2/30
u′=u/30u' = u/30

分析選項:

(a) ROA 的係數將縮小為原來的 1/30

  • 原 ROA 係數為 β2=3361\beta_2 = 3361。
  • 新的 ROA 係數為 β2′=β2/30=3361/30≈112.03\beta_2' = \beta_2/30 = 3361 / 30 \approx 112.03。
  • 112.03112.03 約等於 3361/303361 / 30。
  • 所以,ROA 的係數縮小為原來的 1/30。
  • 選項 (a) 是正確的。

(b) ROA 的 t 統計量 (t-statistic) 值將縮小為原來的 1/30

  • t 統計量定義為:t=β^SE(β^)t = \frac{\hat{\beta}}{SE(\hat{\beta})}。
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第 19 題

是非題,每題5分(共20分,須說明理由,如敘述錯誤請更正)
承15題,小光考慮公司治理的效果後重新估計以下迴歸:
salary=β0+β1ln⁡(sales)+β2ROAi+β3ROAi×G_Indexi+β4G_Indexi\text{salary} = \beta_0 + \beta_1 \ln(\text{sales}) + \beta_2 \text{ROA}_i + \beta_3 \text{ROA}_i \times G\_\text{Index}_i + \beta_4 G\_\text{Index}_i (5)
其中 G_IndexG\_\text{Index} 為一公司治理指標, 其值為 0 至 6 之間的整數, 數值越大代表公司治理越差。小光預期當公司治理越好時, CEO 的固定薪資 (薪資結構中不受公司績效影響的部分) 應該越低, 但薪資結構中會隨著績效變動的部分 (例如分紅) 應該越高。基於以上的想法, 請問小光對於迴歸係數的預期應為何? 注意答案可能不只一個。
(a) β3>0\beta_3 > 0
(b) β3<0\beta_3 < 0
(c) β4>0\beta_4 > 0
(d) β4<0\beta_4 < 0

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考察「交互作用項」的係數解釋,以及公司治理指標 G_IndexG\_\text{Index} 的方向判斷。

迴歸式為:

salary=β0+β1ln⁡(sales)+β2ROA+β3(ROA×G_Index)+β4G_Index\text{salary} = \beta_0+\beta_1\ln(\text{sales}) +\beta_2\text{ROA} +\beta_3(\text{ROA}\times G\_\text{Index}) +\beta_4G\_\text{Index}

其中:

  • G_IndexG\_\text{Index} 越大,代表公司治理越差。
  • 因此,公司治理越好,代表 G_IndexG\_\text{Index} 越小。
  • CEO 薪資可分為:
    • 固定薪資:不隨公司績效 ROA 改變的部分。
    • 績效薪資:會隨 ROA 改變的部分。

解題方法

將迴歸式按照 ROA 整理:

salary=[β0+β1ln⁡(sales)+β4G_Index]+[β2+β3G_Index]ROA\text{salary} = \left[ \beta_0+\beta_1\ln(\text{sales})+\beta_4G\_\text{Index} \right] + \left[ \beta_2+\beta_3G\_\text{Index} \right]\text{ROA}

因此:

1. 固定薪資部分

固定薪資對應到 ROA 的截距:

β0+β1ln⁡(sales)+β4G_Index\beta_0+\beta_1\ln(\text{sales})+\beta_4G\_\text{Index}

在銷售額固定下,治理指標對固定薪資的邊際影響為:

∂salary∂G_Index=β4\frac{\partial \text{salary}}{\partial G\_\text{Index}} = \beta_4

題目指出,公司治理越好時,CEO 的固定薪資越低。

由於治理越好代表 G_IndexG\_\text{Index} 越小,所以 G_IndexG\_\text{Index} 越大、治理越差時,固定薪資應越高。因此:

β4>0\boxed{\beta_4>0}

2. 績效薪資部分

薪資對 ROA 的邊際效果為:

∂salary∂ROA=β2+β3G_Index\frac{\partial \text{salary}}{\partial \text{ROA}} = \beta_2+\beta_3G\_\text{Index}

這代表績效薪資的敏感度。

題目指出,公司治理越好時,薪資中隨績效變動的部分越高。治理越好時 G_IndexG\_\text{Index} 越小,因此當 G_IndexG\_\text{Index} 增加、治理變差時,ROA

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第 20 題

是非題,每題5分(共20分,須說明理由,如敘述錯誤請更正)
承15題,假設母體迴歸式為:
salary=β0+β1ln⁡(sales)+β2ROAi+ui\text{salary} = \beta_0 + \beta_1 \ln(\text{sales}) + \beta_2 \text{ROA}_i + u_i (6)
其中 E(ui∣ln⁡(sales),ROA)=0E(u_i | \ln(\text{sales}), \text{ROA}) = 0, Cov(ln⁡(sales),ui)=Cov(ROA,ui)=0Cov(\ln(\text{sales}), u_i) = Cov(\text{ROA}, u_i) = 0, 但在中部與北部公司的 CEO 的殘差變異數 Var(ui∣ln⁡(sales),ROA)Var(u_i | \ln(\text{sales}), \text{ROA}) 較在南部工作的 CEO 來得大。請問以下敘述何者正確? 注意答案可能不只一個。
(a) OLS 估計式仍為 β\beta 的不偏估計式。
(b) OLS 估計式仍為 β\beta 的一致估計式。
(c) R2R^2 不再適合用來當作良好配適度的指標。
(d) 傳統 OLS 所使用的迴歸係數 t 統計量不再具有 t 分配。

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這一題的完整詳解

此題考驗對異質變異數 (heteroskedasticity) 問題的理解,以及它對 OLS 估計量性質的影響。

模型為:salaryi=β0+β1ln⁡(salesi)+β2ROAi+ui\text{salary}_i = \beta_0 + \beta_1 \ln(\text{sales}_i) + \beta_2 \text{ROA}_i + u_i。
假設:

  1. E(ui∣ln⁡(sales),ROA)=0E(u_i | \ln(\text{sales}), \text{ROA}) = 0:這是 OLS 估計量不偏和一致性的關鍵假設(誤差項條件期望為零)。
  2. Cov(ln⁡(sales),ui)=0Cov(\ln(\text{sales}), u_i) = 0, Cov(ROA,ui)=0Cov(\text{ROA}, u_i) = 0:解釋變數與誤差項無相關,這是 OLS 估計量一致性的關鍵假設。
  3. Var(ui∣ln⁡(sales),ROA)Var(u_i | \ln(\text{sales}), \text{ROA}) 在中部和北部公司較在南部公司大。這表示存在異質變異數。
    即,誤差項的變異數不是常數,而是取決於解釋變數的值。
    Var(ui∣ln⁡(sales),ROA)=σi2Var(u_i | \ln(\text{sales}), \text{ROA}) = \sigma_i^2,且 σi2\sigma_i^2 在不同地區(中部/北部 vs 南部)有差異。

分析選項:

(a) OLS 估計式仍為 β\beta 的不偏估計式。

  • OLS 估計量的不偏性要求 E(ui∣Xi)=0E(u_i | X_i) = 0。
  • 題目給定了 E(ui∣ln⁡(sales),ROA)=0E(u_i | \ln(\text{sales}), \text{ROA}) = 0。
  • 異質變異數本身並不違反這個條件。
  • 因此,OLS 估計量仍然是不偏的。
  • 選項 (a) 是正確的。
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