1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : الاحتمالات و الاحصاء :

Chi-Squared Distribution

المؤلف:  Abramowitz, M. and Stegun, I. A

المصدر:  Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover

الجزء والصفحة:  ...

4-4-2021

3439

Chi-Squared Distribution

If Y_i have normal independent distributions with mean 0 and variance 1, then

 chi^2=sum_(i=1)^rY_i^2

(1)

is distributed as chi^2 with r degrees of freedom. This makes a chi^2 distribution a gamma distribution with theta=2 and alpha=r/2, where r is the number of degrees of freedom.

More generally, if chi_i^2 are independently distributed according to a chi^2 distribution with r_1r_2, ..., r_k degrees of freedom, then

 sum_(j=1)^kchi_j^2

(2)

is distributed according to chi^2 with r=sum_(j=1)^(k)r_j degrees of freedom.

ChiSquaredChiSquarePlots

The probability density function for the chi^2 distribution with r degrees of freedom is given by

 P_r(x)=(x^(r/2-1)e^(-x/2))/(Gamma(1/2r)2^(r/2))

(3)

for x in [0,infty), where Gamma(x) is a gamma function. The cumulative distribution function is then

D_r(chi^2) = int_0^(chi^2)(t^(r/2-1)e^(-t/2)dt)/(Gamma(1/2r)2^(r/2))

(4)

= 1-(Gamma(1/2r,1/2chi^2))/(Gamma(1/2r))

(5)

= (gamma(1/2r,1/2chi^2))/(Gamma(1/2r))

(6)

= P(1/2r,1/2chi^2),

(7)

where gamma(a,x) is an incomplete gamma function and P(a,z) is a regularized gamma function.

The chi-squared distribution is implemented in the Wolfram Language as ChiSquareDistribution[n].

For r<=2P_r(x) is monotonic decreasing, but for r>=3, it has a maximum at

 x=r-2,

(8)

where

 (dP_r)/(dx)=((r-x-2)x^((r-4)/2))/(2^(1+r/2)e^(x/2)Gamma(1/2r))=0.

(9)

The nth raw moment for a distribution with r degrees of freedom is

= 2^n(Gamma(n+1/2r))/(Gamma(1/2r))

(10)

= r(r+2)...(r+2n-2),

(11)

giving the first few as

= r

(12)

= r(r+2)

(13)

= r(r+2)(r+4)

(14)

= r(r+2)(r+4)(r+6).

(15)

The nth central moment is given by

 mu_n=2^nU(-n,1-n-1/2r,-1/2r),

(16)

where U(a,b,x) is a confluent hypergeometric function of the second kind, giving the first few as

mu_2 = 2r

(17)

mu_3 = 8r

(18)

mu_4 = 12r(r+4)

(19)

mu_5 = 32r(12+5r).

(20)

The cumulants can be found via the characteristic function

phi(t) = int_0^infty(2^(-r/2)e^(-x/2)x^((r-2)/2))/(Gamma(1/2r))dx

(21)

= (1-2it)^(-r/2).

(22)

Taking the natural logarithm of both sides gives

 lnphi=-1/2rln(1-2it).

(23)

But this is simply a Mercator series

 ln(1-x)=-sum_(n=1)^infty(x^n)/n

(24)

with x=2it, so from the definition of cumulants, it follows that

 sum_(n=0)^inftykappa_n((it)^n)/(n!)=1/2rsum_(n=1)^infty((2it)^n)/n,

(25)

giving the result

 kappa_n=2^(n-1)(n-1)!r.

(26)

The first few are therefore

kappa_1 = r

(27)

kappa_2 = 2r

(28)

kappa_3 = 8r

(29)

kappa_4 = 48r.

(30)

The moment-generating function of the chi^2 distribution is

M(t) = (1-2t)^(-r/2)

(31)

R(t) = lnM(t)

(32)

= -1/2rln(1-2t)

(33)

= r/(1-2t)

(34)

= (2r)/((1-2t)^2),

(35)

so

mu =

(36)

= r

(37)

sigma^2 =

(38)

= 2r

(39)

gamma_1 = 2sqrt(2/r)

(40)

gamma_2 = (12)/r.

(41)

If the mean is not equal to zero, a more general distribution known as the noncentral chi-squared distribution results. In particular, if X_i are independent variates with a normal distribution having means mu_i and variances sigma_i^2 for i=1, ..., n, then

 1/2chi^2=sum_(i=1)^n((x_i-mu_i)^2)/(2sigma_i^2)

(42)

obeys a gamma distribution with alpha=n/2, i.e.,

 P(y)dy=1/(Gamma(1/2n))e^(-y)y^((n/2)-1)dy.

(43)

where y=chi^2/2.


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 940-943, 1972.

Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 535, 1987.

Kenney, J. F. and Keeping, E. S. "The Chi-Square Distribution." §5.3 in Mathematics of Statistics, Pt. 2, 2nd ed. Princeton, NJ: Van Nostrand, pp. 98-100, 1951.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Incomplete Gamma Function, Error Function, Chi-Square Probability Function, Cumulative Poisson Function." §6.2 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 209-214, 1992.

Spiegel, M. R. Theory and Problems of Probability and Statistics. New York: McGraw-Hill, pp. 115-116, 1992.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي