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
لماذا الصلاة
2025-03-13
الصلاة في الشرائع الإلهية
2025-03-13
لغة الإعلام القوة الرابعة + الخامسة
2025-03-13
لغة الإعلام هي اللغة الثالثة
2025-03-13
الإعلام ومراعاته منطق اللغة
2025-03-13
المستويات اللغويّة في المناشط الإعلاميّة
2025-03-13


Student,s t-Distribution  
  
3414   03:16 مساءً   date: 14-4-2021
Author : Abramowitz, M. and Stegun, I. A.
Book or Source : Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover
Page and Part : ...


Read More
Date: 6-4-2021 2188
Date: 25-3-2021 3708
Date: 17-4-2021 1760

Student's t-Distribution

 StudentsTDistribution

A statistical distribution published by William Gosset in 1908. His employer, Guinness Breweries, required him to publish under a pseudonym, so he chose "Student." Given N independent measurements x_i, let

 t=(x^_-mu)/(s/sqrt(N)),

(1)

where mu is the population mean, x^_ is the sample mean, and s is the estimator for population standard deviation (i.e., the sample variance) defined by

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

(2)

Student's t-distribution is defined as the distribution of the random variable t which is (very loosely) the "best" that we can do not knowing sigma.

The Student's t-distribution with n degrees of freedom is implemented in the Wolfram Language as StudentTDistribution[n].

If sigma=st=z and the distribution becomes the normal distribution. As N increases, Student's t-distribution approaches the normal distribution.

Student's t-distribution can be derived by transforming Student's z-distribution using

 z=(x^_-mu)/s,

(3)

and then defining

 t=zsqrt(n-1).

(4)

The resulting probability and cumulative distribution functions are

f_r(t) = (Gamma[1/2(r+1)])/(sqrt(rpi)Gamma(1/2r)(1+(t^2)/r)^((r+1)/2))

(5)

= ((r/(r+t^2))^((1+r)/2))/(sqrt(r)B(1/2r,1/2))

(6)

F_r(t) = 1/2+1/2[I(1;1/2r,1/2)-I(r/(r+t^2),1/2r,1/2)]sgn(t)

(7)

= 1/2-(itB(-(t^2)/r;1/2,1/2(1-r))Gamma(1/2(r+1)))/(2sqrt(pi)|t|Gamma(1/2r))

(8)

= 1/2+(tGamma(1/2(r+1))_2F_1(1/2,1/2(r+1);3/2;-(t^2)/r))/(sqrt(pir)Gamma(1/2r)),

(9)

where

 r=n-1

(10)

is the number of degrees of freedom, -infty<t<inftyGamma(z) is the gamma function, B(a,b) is the beta function, _2F_1(a,b;c;z) is a hypergeometric function, and I(z;a,b) is the regularized beta function defined by

 I(z;a,b)=(B(z;a,b))/(B(a,b)).

(11)

The mean, variance, skewness, and kurtosis excess of Student's t-distribution are

mu = 0

(12)

sigma^2 = r/(r-2)

(13)

gamma_1 = 0

(14)

gamma_2 = 6/(r-4).

(15)

StudentsTCharacteristics

The characteristic functions phi_n(t) for the first few values of n are

phi_1(t) = e^(-|t|)

(16)

phi_2(t) = sqrt(2)|t|K_1(sqrt(2)|t|)

(17)

phi_3(t) = e^(-sqrt(3)|t|)(1+sqrt(3)|t|)

(18)

phi_4(t) = 2t^2K_2(2|t|)

(19)

phi_5(t) = 1/3e^(-sqrt(5)|t|)(3+3sqrt(5)|t|+5t^2),

(20)

and so on, where K_n(x) is a modified Bessel function of the second kind.

The following table gives confidence intervals, i.e., values of x such that the distribution function D_r(x) equals various probabilities for various small values of the numbers of degrees of freedom r. Beyer (1987, p. 571) gives 60%, 70%, 90%, 95%, 97.5%, 99%, 99.5%, and 99.95% confidence intervals, and Goulden (1956) gives 50%, 90%, 95%, 98%, 99%, and 99.9% confidence intervals.

r 90% 95% 97.5% 99.5%
1 3.07768 6.31375 12.7062 63.6567
2 1.88562 2.91999 4.30265 9.92484
3 1.63774 2.35336 3.18245 5.84091
4 1.53321 2.13185 2.77645 4.60409
5 1.47588 2.01505 2.57058 4.03214
10 1.37218 1.81246 2.22814 3.16927
30 1.31042 1.69726 2.04227 2.75000
100 1.29007 1.66023 1.98397 2.62589
infty 1.28156 1.64487 1.95999 2.57588

A multivariate form of the Student's t-distribution with correlation matrix r and m degrees of freedom is implemented as MultivariateTDistribution[rm] in the Wolfram Language package MultivariateStatistics` .

The so-called A(t|n) distribution is useful for testing if two observed distributions have the same mean. A(t|n) gives the probability that the difference in two observed means for a certain statistic t with n degrees of freedom would be smaller than the observed value purely by chance:

 A(t|n)=1/(sqrt(n)B(1/2,1/2n))int_(-t)^t(1+(x^2)/n)^(-(1+n)/2)dx.

(21)

Let X be a normally distributed random variable with mean 0 and variance sigma^2, let Y^2/sigma^2 have a chi-squared distribution with n degrees of freedom, and let X and Y be independent. Then

 t=(Xsqrt(n))/Y

(22)

is distributed as Student's t with n degrees of freedom.


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 948-949, 1972.

Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 536 and 571, 1987.

Fisher, R. A. "Applications of 'Student's' Distribution." Metron 5, 3-17, 1925.

Fisher, R. A. "Expansion of 'Student's' Integral in Powers of n-1." Metron 5, 22-32, 1925.

Fisher, R. A. Statistical Methods for Research Workers, 10th ed. Edinburgh: Oliver and Boyd, 1948.

Goulden, C. H. Table A-3 in Methods of Statistical Analysis, 2nd ed. New York: Wiley, p. 443, 1956.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Incomplete Beta Function, Student's Distribution, F-Distribution, Cumulative Binomial Distribution." §6.2 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 219-223, 1992.

Shaw, W. "New Methods for Managing 'Student's' T-Distribution." Submitted to J. Comput. Finance. https://www.mth.kcl.ac.uk/~shaww/web_page/papers/Tdistribution06.pdf.

Spiegel, M. R. Theory and Problems of Probability and Statistics. New York: McGraw-Hill, pp. 116-117, 1992.

Student. "The Probable Error of a Mean." Biometrika 6, 1-25, 1908.




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.