Suppose that X1,X2,...,Xn are i.i.d random variables on the interval [0,1] with density function: F(x|alpha) = [gamme(2alpha)/[gamma(alpha)]^2] * [x(1-x)]^(alpha -1) where alpha > 0 is a parameter to be estimated from the sample. It can be shown that E[X] = 1/2 and Var[X] = 1/ [4(2alpha+1)] a. How does the shape of the density depend on alpha? b. How can the method of moments be used to estimate alpha? c. What equation does the m.l.e. of alpha satisfy? d. What is the asymptotic variance of the m.l.e.? π(π₯/πΌ) = Π(2πΌ) 2 [π₯(1 − π₯)]πΌ−1 , πΌ > 0,0 ≤ π₯ ≤ 1 (Π(πΌ)) 1 1 1 πΈ(π ) = ∫ π₯ π π₯ πΌ−1 (1 − π₯)πΌ−1 ππ₯ = π΅(πΌ + π, πΌ) π΅(πΌ, πΌ) π΅(πΌ, πΌ) π 0 = Π(2πΌ)Π(πΌ + π)Π(πΌ) 2 (Π(πΌ)) Π(2πΌ + π) πΈ(π) = πΈ(π 2 ) = = Π(2πΌ)Π(πΌ + π) Π(πΌ)Π(2πΌ + π) Π(2πΌ)Π(πΌ + 1) πΌ 1 = = Π(πΌ)Π(2πΌ + 1) 2πΌ 2 (πΌ + 1) Π(2πΌ)Π(πΌ + 2) πΌ(πΌ + 1) = = Π(πΌ)Π(2πΌ + 2) 2πΌ(2πΌ + 1) 2(2πΌ + 1) π(π) = πΈ(π 2 ) − [πΈ(π)]2 = (πΌ + 1) 1 2πΌ + 2 − 2πΌ − 1 1 − = = 2(2πΌ + 1) 4 4(2πΌ + 1) 4(2πΌ + 1) 1 The mean of the distribution is 2 irrespective of the value of πΌ So the spread of the distribution decrease with πΌ Moment estimate Since the first moment does not depend on πΌ, use the second moment. Equate population variance and sample variance 1 = π 2 4(2πΌ + 1) 4(2πΌ + 1) = 8πΌ + 4 = 1 π 2 1 π 2 8πΌ = 1 −4 π 2 πΌ= 1 1 − 2 8π 2 πΌΜ = 1 1 − 8π 2 2 The moment estimate is MLE πΏ(πΌ) = Π(2πΌ) 2 (∏[π₯π (Π(πΌ)) (1 − π₯π )]πΌ−1 ) π ππ(πΏ) = ππ(Π(2πΌ) − 2ππ(Π(πΌ)) + (πΌ − 1) ∑[ππ(π₯π ) + ππ(1 − π₯π )] π=1 π πππ(πΏ) πππ(Π(2πΌ) πππ(Π(πΌ) = −2 + ∑[ππ(π₯π ) + ππ(1 − π₯π )] ππΌ ππΌ ππΌ π=1 π πππ(Π(2πΌ) πππ(Π(πΌ) −2 + ∑[ππ(π₯π ) + ππ(1 − π₯π )] = 0 ππΌ ππΌ π=1 Or π ∑[ππ(π₯π ) + ππ(1 − π₯π )] = 2 π=1 πππ(Π(πΌ) πππ(Π(2πΌ) − ππΌ ππΌ is the equation to be used for finding the MLE. Fisher information πΌ(πΌ) = −πΈ ( π 2 ππ(πΏ) π 2 ππ(Π(2πΌ) π 2 ππ(Π(πΌ) π 2 ππ(Π(πΌ) π 2 ππ(Π(2πΌ) = −πΈ − 2 = 2 − ) ( ) ππΌ 2 ππΌ 2 π2πΌ π2πΌ ππΌ 2 The asymptotic variance is 1 1 = 2 π ππ(Π(πΌ) π 2 ππ(Π(2πΌ) πΌ(πΌ) 2 − π2πΌ ππΌ 2 πΏ(πΌ, π1, π2, . . , ππ) = Π(2πΌ) 2 (∏[π₯π (Π(πΌ)) (1 − π₯π )]πΌ−1 ) = Π(2πΌ) 2π‘ (Π(πΌ)) πΌ−1 ×1 where π‘ = ∏ππ=1[π₯π (1 − π₯π )] Now the first function Π(2πΌ) 2 (Π(πΌ)) π‘ πΌ−1 is a function of πΌ and π‘ alone and the second function 1 is independent of πΌ. Therefore by Neyman’s factorization criterion, π‘ = ∏ππ=1[π₯π (1 − π₯π )] is a sufficient statistic. The MLE equation can be solved to get πΌ when the X1, X2, …, Xn are numerically given using tables of digamma and trigamma functions using numerical methods or software packages. No simple formula is possible.