伍德里奇《计量经济学导论》(第4版)笔记和课后习题详解(2-8章)
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使用普通最小二乘法,此时最小化的残差平方和为
2
1
1n
ii
iyx
利用一元微积分可以证明,
1
必须满足一阶条件
1
10n
iii
ixyx
从而解出
1
为: 1
1
2
1n
ii
i
n
i
ixy
x
当且仅当0x时,这两个估计值才是相同的。
2.2 课后习题详解
一、习题
1.在简单线性回归模型
01yxu
中,假定
0Eu。令
0Eu
,证明:这个模型总可以改写为另一
种形式:斜率与原来相同,但截距和误差有所不同,并且新的误差期望值为零。
证明:在方程右边加上
0Eu
,则
0010yxu
令新的误差项为
0eu
,因此
0Ee。
新的截距项为
00
,斜率不变为
1。
2.下表包含了8个学生的ACT分数和GPA(平均成绩)。平均成绩以四分制计算,且保留一位小数。
student GPA ACT
1 2.8 21
2 3.4 24 3 3.0 26
4 3.5 27
5 3.6 29
6 3.0 25
7 2.7 25
8 3.7 30
(Ⅰ)利用OLS估计GPA和ACT的关系;也就是说,求出如下方程中的截距和斜率估计值
01ˆˆ
GPAACT
^
评价这个关系的方向。这里的截距有没有一个有用的解释?请说明。如果ACT分数提高5分,预期GPA会
提高多少?
(Ⅱ)计算每次观测的拟合值和残差,并验证残差和(近似)为零。
(Ⅲ)当20ACT时,GPA的预测值为多少?
(Ⅳ)对这8个学生来说,GPA的变异中,有多少能由ACT解释?试说明。
答:(Ⅰ)变量的均值为:
3.2125GPA,
25.875ACT。
15.8125n
ii
iGPAGPAACTACT
根据公式2.19可得:
1ˆ
5.8125/56.8750.1022
。
根据公式2.17可知:
0ˆ
3.21250.102225.8750.5681
。
因此
0.56810.1022GPAACT^
。此处截距没有一个很好的解释,因为对样本而言,ACT并不接近0。如果ACT
分数提高5分,预期GPA会提高0.1022×5=0.511。
(Ⅱ)每次观测的拟合值和残差表如表2-3所示: 表2-3
i GPA
GPA^
ˆ
u
1 2.8 2.7143 0.0857
2 3.4 3.0209 0.3791
3 3.0 3.2253 -0.2253
4 3.5 3.3275 0.1725
5 3.6 3.5319 0.0681
6 3.0 3.1231 -0.1231
7 2.7 3.1231 -0.4231
8 3.7 3.6341 0.0659
根据表可知,残差和为-0.002,忽略固有的舍入误差,残差和近似为零。
(Ⅲ)当20ACT,则
0.56810.1022202.61GPA^
。
(Ⅳ)残差平方和为:2
1ˆ
0.4347n
i
iu
,而2
11.0288n
i
iyy
,则判定系数为:
2
1SSR/SST10.4377/1.02880.577R
GPA的变异中,有57.7%能由ACT解释。
3.令
kids表示一名妇女生过的孩子数目,
educ表示该妇女接受过教育的年数。生育率对受教育年数的简单
回归模型为
01kidseducu
其中,
u是无法观测到的误差。
(Ⅰ)
u中包含什么样的因素?它们可能与受教育程度相关吗?
(Ⅱ)简单回归分析能够揭示教育对生育率在其他条件不变下的影响吗?请解释。
答:(Ⅰ)收入、年龄和家庭背景(如兄弟姐妹的数量)都可能包含在误差项中。它们可能是与受教育程度
相关的:收入和受教育程度是呈正相关的;年龄与受教育程度是呈负相关的;兄弟姐妹的数量与受教育程度是负
相关的。
(Ⅱ)假定(Ⅰ)中所列举的因素固定不变,即以误差项的形式呈现在回归方程中,但是误差项与解释变量
是相关的,因此
0Eueduc,经典假定被推翻,因此简单回归分析不能解释教育对生育率在其他条件不变下的
影响。
4.假设你对估计花在SAT备考课程上的小时数(
hours)对SAT总分(sat)的影响感兴趣。
总体是某一年内所有计划上大学的中学高年级学生。
(Ⅰ)假设你有权进行一项控制实验。请说明为了估计
hours对sat的引致效应,你将如何构建实验。
(Ⅱ)考虑一个更加实际的情形,即由学生选择在备考课程上花多少时间,而你只能随机地从总体中抽出sat
和
hours的样本。将总体模型写作如下形式:
01sathoursu
其中,与通常带截距的模型一样,我们可以假设
0Eu。列举出至少两个
u中包含的因素。这些因素与
hours
可能呈正相关还是负相关?
(Ⅲ)在(Ⅱ)的方程中,如果备考课程有效,那么
1的符号应该是什么?
(Ⅳ)在(Ⅱ)的方程中,
0该如何解释?
答:(Ⅰ)构建实验时,首先随机分配准备课程的小时数,以保证准备课程的时间与其他影响SAT的因素是
独立的。然后收集实验中每个学生SAT的数据,建立样本
1 ,:,,
iisathourin
,
n表示试验中所包括的学
生的数量。根据方程2.7,应该尝试采用尽可能多的有差异的“小时数”。
(Ⅱ)误差项还可能包含以下三个因素:天赋能力、家庭收入以及考试当天的健康状况。如果学生拥有天赋
能力,那么他们不需要为考试花费太多时间,能力与时间是负相关的。家庭收入与学习时间呈正相关关系,因为
家庭收入越高,就能负担去越多的课时费用。排除慢性的健康问题,考试当天的健康状况与为准备考试花费的时
间是无关的。
(Ⅲ)如果备考课程有效,
1的符号应该为正,在其他因素相同的情况下,备考时间越多,sat越高。
(Ⅳ)截距有一个有用的解释:因为
0EU,
0表示备考时间为0时学生获得的平均sat总分。
5.考虑储蓄函数
01savincu
,
uince
其中,
e是一个随机变量,且有
0Ee和
2
Var
ee
,假设
e独立于inc。
(Ⅰ)证明:若
|0Euinc,则满足零条件均值的关键假设(假定SLR.4)。[提示:若
e独立于inc,则
|EuincEe]
(Ⅱ)证明:若
2
Var|
euincinc
,则不满足同方差假定SLR.5。特别地,
sav的方差随着inc而增加。[提
示:若
e和inc独立,则
Var|Vareince。]
(Ⅲ)讨论支持储蓄方差随着家庭收入递增的证据。
证明:(Ⅰ)计算inc
的条件期望值时,
inc变为一个常数,因此
|0EuincEinceincincEeinc。
(Ⅱ)inc的方差为:
2
2
Var|VarVar
euincinceincinceincinc
。
(Ⅲ)低收入家庭支出的灵活性较低,因为低收入家庭必须首先支付衣食住行等必需品。而高收入家庭具有
较高的灵活性,部分选择更多的消费,而另一部分家庭选择更多的储蓄。这种较高的灵活性暗示高收入家庭中储
蓄的变动幅度更大。
6.令
0ˆ
和
1ˆ
分别为OLS
截距和斜率估计量,并令
u为误差(不是残差)的样本均值。
(Ⅰ)证明:
1ˆ
可写成
11
1ˆn
ii
iwu
,其中
/SST
iiiwd
和
iidxx。
(Ⅱ)利用(Ⅰ)及
10n
i
iw
,证明:
1ˆ
和
u无关。[提示:要求你证明
11ˆ
0Eu
]
(Ⅲ)证明
0ˆ
可写成
0011ˆˆ
ux
。
(Ⅳ)利用(Ⅱ)和(Ⅲ)证明:2
22
0ˆ
VarSST
xnx
//。
(Ⅴ)(Ⅳ)中的表达式能简化成方程(2.58)吗?[提示:2
12
1SST/n
xi
innxx
。]
证明:(Ⅰ)该理论推导与公式2.52的推导本质上是一样的,区别只是将
/SST
iiiwd带到求和的里面。