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地特三等申論題 110年 [統計] 抽樣方法

第 一 題

📖 題組:
二、(一)何謂簡單隨機樣本?(5 分) (二)考慮簡單隨機抽樣,請證明任一母體元素 u_i, i=1,…, N 被選入樣本的機率為 n/N。(5 分) (三)請問下列敘述是否正確?「若任一母體元素 u_i, i=1,…, N 被選入樣本的機率皆相等,則此樣本稱為簡單隨機樣本」,若不正確,請舉一反例說明。(10 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

何謂簡單隨機樣本?(5 分)

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看到「簡單隨機樣本」的定義,切忌只回答「每個母體元素被抽中的機率相等」(這只是必要條件,後續子題會考此反例)。必須精準點出統計學上的核心定義:所有可能出現的「樣本組合」被選中的機率皆完全相等。

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「簡單隨機樣本」(Simple Random Sample, SRS)是指從大小為 $N$ 的有限母體中,抽取大小為 $n$ 的樣本,若所有可能的樣本組合(共 $\binom{N}{n}$ 個)被抽出的機率均完全相等(即任一特定樣本集合被抽中的機率皆為 $1 / \binom{N}{n}$),則此樣本即稱為簡單隨機樣本(實務上未特別說明時,多指取出不放回抽樣 SRSWOR)。 特徵包含: (1) 樣本機率相等:每一個特定的樣本集合被選中的機會完全相同。

小題 (二)

考慮簡單隨機抽樣,請證明任一母體元素 u_i, i=1,…, N 被選入樣本的機率為 n/N。(5 分)

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這是一道經典的抽樣理論證明題。解題核心在於利用「古典機率定義」,先求出從母體抽出樣本的「總可能組合數」,再求出「包含特定元素的組合數」,兩者相除並化簡階乘即可得證。

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【解題思路】利用古典機率定義,計算總樣本空間大小與包含特定元素的事件組合數,兩者相除並展開階乘求得機率。 【詳解】 已知:母體總數為 N,樣本大小為 n。在簡單隨機抽樣(SRS)中,每一個大小為 n 的可能樣本被抽中的機率皆相同。

小題 (三)

請問下列敘述是否正確?「若任一母體元素 u_i, i=1,…, N 被選入樣本的機率皆相等,則此樣本稱為簡單隨機樣本」,若不正確,請舉一反例說明。(10 分)

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首先釐清簡單隨機抽樣(SRS)的嚴格定義:不僅要求「單一元素」中選機率相等,更要求「所有可能的樣本組合」中選機率皆相等。接著判斷敘述為錯誤,並以「系統抽樣」或「分層隨機抽樣(比例配置)」作為經典反例進行數值說明即可輕鬆拿分。

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【破題】該敘述「不正確」。 母體中每個元素被選入樣本的機率相等,是簡單隨機抽樣的「必要條件」,而非「充分條件」。 【論述】

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