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6. Estimation.

6.3.3. Intervalle par pivot.

Nous présentons un cas où le calcul d’un intervalle de confiance est simplifié.

Définition 1. Une statistique \(T(X_{\bullet}\ ;\ \theta)\) est appelée pivotale ou ancillaire par rapport au paramètre \(\theta\) lorsque sa loi est indépendante de ce paramètre.

Propriété 1. Soit \(T(X_{\bullet}\ ;\ \theta)\) une statistique pivotale de loi \(P\) et \(I_{pred}(P\ ;\ \alpha)=\lbrack \underline{c}\ ;\ \overline{c}\rbrack\) un intervalle de prédiction de \(T\). Considérons \(\underline{\theta}(T(x_{\bullet}))\leq \theta\leq \overline{\theta}(T(x_{\bullet}))\) les solutions explicites ou numériques en \(\theta\) des inéquations \(\underline{c}\leq T(X_{\bullet}\ ;\ \theta) \leq \overline{c}\). Alors nous avons l’intervalle de confiance :

\[ I_{conf}(\theta\ ;\ \alpha\ ;\ x_{\bullet})=\Big\lbrack \underline{\theta}(T(x_{\bullet}))\ ;\ \overline{\theta}(T(x_{\bullet}))\Big\rbrack. \]

Exemple 1. Soit \(X_{\bullet}\) un \(n-\)échantillon d’une v.a. \(X\) de loi Normale \({\cal L}(X)={\cal N}(\mu\ ;\ \sigma^2)\), dont les paramètres sont inconnus. Nous savons par ailleurs que :

\[ {\cal L}(\frac{(n-1)S^2_c(X_{\bullet})}{\sigma^2})=\chi^2_{n-1}, \]

loi du Khi-deux à \(n-1\) degrés de liberté. Ainsi nous avons la statistique pivotale :

\[ \frac{(n-1)S^2_c(X_{\bullet})}{\sigma^2}=\frac{1}{\sigma^2}\sum_{i=1}^n(X_i-{\overline X})^2. \]

Comme :

\[ {\underline c}\leq \frac{(n-1)S^2_c(X_{\bullet})}{\sigma^2}\leq {\overline c}\Longleftrightarrow \frac{(n-1)S^2_c(X_{\bullet})}{\overline c}\leq \sigma^2\leq \frac{(n-1)S^2_c(X_{\bullet})}{\underline c}, \]

Nous avons l’intervalle de confiance de \(\sigma^2\) :

\[ I_{conf}(\sigma^2\ ;\ \alpha\ ;\ x_{\bullet})=\Big\lbrack \frac{(n-1)S^2_c(x_{\bullet})}{\overline{c}}\ ;\ \frac{(n-1)S^2_c(x_{\bullet})}{\underline{c}}\Big\rbrack, \]

avec \(I_{pred}(\chi^2_{n-1}\ ;\ \alpha)=\lbrack \underline{c}\ ;\ \overline{c}\rbrack\) un intervalle de prédiction de la loi \(\chi^2_{n-1}\). Remarquons qu’en prenant la racine carrée des bornes de cet intervalle, nous obtenons un intervalle de confiance de \(\sigma. \quad\square\)

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