Докажите, что уравнения линейной регрессии К на X и X* на У дают одинаковые прямые тогда и только тогда, когда выборочный коэффициент корреляции этих величин равен 1 или -1.
от

1 Ответ

Дано:
Рассмотрим две переменные: X и Y. Обозначим:
- K - уравнение регрессии Y на X
- X* - уравнение регрессии X на Y

Уравнения линейной регрессии имеют следующий вид:

1. Уравнение регрессии Y на X:
Y = a_Y + b_Y * X, где b_Y - коэффициент наклона, а a_Y - свободный член.

2. Уравнение регрессии X на Y:
X = a_X + b_X * Y, где b_X - коэффициент наклона, а a_X - свободный член.

Коэффициенты наклона можно выразить через выборочный коэффициент корреляции R и стандартные отклонения переменных:

b_Y = R * (σ_Y / σ_X)
b_X = R * (σ_X / σ_Y)

где σ_Y и σ_X - стандартные отклонения соответственно переменной Y и переменной X.

Найти:
Доказать, что уравнения линейной регрессии K на X и X* на Y дают одинаковые прямые тогда и только тогда, когда R = 1 или R = -1.

Решение:

Для того чтобы уравнения регрессии были одинаковыми, необходимо и достаточно равенство их коэффициентов наклона.

Приравняем b_Y и b_X:

R * (σ_Y / σ_X) = R * (σ_X / σ_Y)

Если R = 0, уравнения не будут совпадать. При этом R = 1 или R = -1 – единственные случаи, когда уравнения могут совпадать.

Рассмотрим оба случая:

1. Если R = 1:
Это означает положительную корреляцию между X и Y. В этом случае:
b_Y = (σ_Y / σ_X) и b_X = (σ_X / σ_Y).
Таким образом, уравнения будут одинаковыми.

2. Если R = -1:
Это означает отрицательную корреляцию между X и Y. В этом случае:
b_Y = -(σ_Y / σ_X) и b_X = -(σ_X / σ_Y).
Опять же, уравнения будут одинаковыми, просто с противоположным знаком.

Теперь проверим другую сторону:

Если уравнения K на X и X* на Y совпадают, то их наклоны равны, следовательно:

R * (σ_Y / σ_X) = R * (σ_X / σ_Y).

Если R ≠ 0, делим обе стороны на R:

(σ_Y / σ_X) = (σ_X / σ_Y).

Перекрестно умножая, получаем:

σ_Y^2 = σ_X^2.

Это возможно только в случае, если σ_Y = σ_X или σ_Y = -σ_X, что соответствует R = 1 или R = -1.

Ответ:
Уравнения линейной регрессии K на X и X* на Y дают одинаковые прямые тогда и только тогда, когда выборочный коэффициент корреляции этих величин равен 1 или -1.
от