المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
معنى قوله تعالى زين للناس حب الشهوات من النساء
2024-11-24
مسألتان في طلب المغفرة من الله
2024-11-24
من آداب التلاوة
2024-11-24
مواعيد زراعة الفجل
2024-11-24
أقسام الغنيمة
2024-11-24
سبب نزول قوله تعالى قل للذين كفروا ستغلبون وتحشرون الى جهنم
2024-11-24


Variance  
  
2709   02:56 صباحاً   date: 28-2-2021
Author : Kenney, J. F. and Keeping, E. S.
Book or Source : Mathematics of Statistics, Pt. 2, 2nd ed. Princeton, NJ: Van Nostrand, 1951.
Page and Part : ...


Read More
Date: 14-4-2021 2904
Date: 7-4-2021 1024
Date: 7-4-2021 1321

Variance

For a single variate X having a distribution P(x) with known population mean mu, the population variance var(X), commonly also written sigma^2, is defined as

 sigma^2=<(X-mu)^2>,

(1)

where mu is the population mean and <X> denotes the expectation value of X. For a discrete distribution with N possible values of x_i, the population variance is therefore

 sigma^2=sum_(i=1)^NP(x_i)(x_i-mu)^2,

(2)

whereas for a continuous distribution, it is given by

 sigma^2=intP(x)(x-mu)^2dx.

(3)

The variance is therefore equal to the second central moment mu_2.

Note that some care is needed in interpreting sigma^2 as a variance, since the symbol sigma is also commonly used as a parameter related to but not equivalent to the square root of the variance, for example in the log normal distribution, Maxwell distribution, and Rayleigh distribution.

If the underlying distribution is not known, then the sample variance may be computed as

 s_N^2=1/Nsum_(i=1)^N(x_i-x^_)^2,

(4)

where x^_ is the sample mean.

Note that the sample variance s_N^2 defined above is not an unbiased estimator for the population variance sigma^2. In order to obtain an unbiased estimator for sigma^2, it is necessary to instead define a "bias-corrected sample variance"

 s_(N-1)^2=1/(N-1)sum_(i=1)^N(x_i-x^_)^2.

(5)

The distinction between s_N^2 and s_(N-1)^2 is a common source of confusion, and extreme care should be exercised when consulting the literature to determine which convention is in use, especially since the uninformative notation s is commonly used for both. The bias-corrected sample variance s_(N-1)^2 for a list of data is implemented as Variance[list].

The square root of the variance is known as the standard deviation.

The reason that s_N^2 gives a biased estimator of the population variance is that two free parameters mu and sigma^2 are actually being estimated from the data itself. In such cases, it is appropriate to use a Student's t-distribution instead of a normal distribution as a model since, very loosely speaking, Student's t-distribution is the "best" that can be done without knowing sigma^2.

Formally, in order to estimate the population variance sigma^2 from a sample of n elements with a priori unknown mean (i.e., the mean is estimated from the sample itself), we need an unbiased estimator for sigma^2. This is given by the k-statistic k_2=sigma^^^2, where

 k_2=N/(N-1)m_2

(6)

and m_2=s_N^2 is the sample variance uncorrected for bias.

It turns out that the quantity Ns_N^2/sigma^2 has a chi-squared distribution.

For set of data X, the variance of the data obtained by a linear transformation is given by

var(aX+b) = <[(aX+b)-<aX+b>]^2>

(7)

= <(aX+b-a<X>-b)^2>

(8)

= <(aX-amu)^2>

(9)

= <a^2(X-mu)^2>

(10)

= a^2<(X-mu)^2>

(11)

= a^2var(X)

(12)

For multiple variables, the variance is given using the definition of covariance,

var(sum_(i=1)^(n)X_i) = cov(sum_(i=1)^(n)X_i,sum_(j=1)^(n)X_j)

(13)

= sum_(i=1)^(n)sum_(j=1)^(n)cov(X_i,X_j)

(14)

= sum_(i=1)^(n)sum_(j=1; j=i)^(n)cov(X_i,X_j)+sum_(i=1)^(n)sum_(j=1; j!=i)^(n)cov(X_i,X_j)

(15)

= sum_(i=1)^(n)cov(X_i,X_i)+sum_(i=1)^(n)sum_(j=1; j!=i)^(n)cov(X_i,X_j)

(16)

= sum_(i=1)^(n)var(X_i)+2sum_(i=1)^(n)sum_(j=i+1)^(n)cov(X_i,X_j).

(17)

A linear sum has a similar form:

var(sum_(i=1)^(n)a_iX_i) = cov(sum_(i=1)^(n)a_iX_i,sum_(j=1)^(n)a_jX_j)

(18)

= sum_(i=1)^(n)sum_(j=1)^(n)a_ia_jcov(X_i,X_j)

(19)

= sum_(i=1)^(n)a_i^2var(X_i)+2sum_(i=1)^(n)sum_(j=i+1)^(n)a_ia_jcov(X_i,X_j).

(20)

These equations can be expressed using the covariance matrix.


REFERENCES:

Kenney, J. F. and Keeping, E. S. Mathematics of Statistics, Pt. 2, 2nd ed. Princeton, NJ: Van Nostrand, 1951.

Papoulis, A. Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, pp. 144-145, 1984.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Moments of a Distribution: Mean, Variance, Skewness, and So Forth." §14.1 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 604-609, 1992.

Roberts, M. J. and Riccardo, R. A Student's Guide to Analysis of Variance. London: Routledge, 1999.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.