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定理已证明

偏离均值之和为零

命题陈述

对任意数据集 x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n 及其均值 xˉ\bar x,都有 ∑i=1n(xi−xˉ)=0\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar x) = 0。

为什么成立?

均值恰恰被定义为数据的平衡点——可以想象一个在每个 xix_i 处都放了砝码的跷跷板——因此均值以上的值必须恰好抵消均值以下的值,否则 xˉ\bar x 就不会是那个平衡点。

证明思路

把求和展开:∑i=1n(xi−xˉ)=∑i=1nxi−∑i=1nxˉ\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar x) = \sum_{i=1}^{n}x_i - \sum_{i=1}^{n}\bar x。第二个和把常数 xˉ\bar x 自身相加了 nn 次,所以 ∑i=1nxˉ=nxˉ\sum_{i=1}^{n}\bar x = n\bar x。

根据定义,xˉ=1n∑i=1nxi\bar x = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}x_i,两边同乘以 nn 得到 nxˉ=∑i=1nxin\bar x = \sum_{i=1}^{n}x_i。这恰好与上面展开式中的第一个和是同一个量。

代回原式:∑i=1n(xi−xˉ)=∑i=1nxi−nxˉ=∑i=1nxi−∑i=1nxi=0\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar x) = \sum_{i=1}^{n}x_i - n\bar x = \sum_{i=1}^{n}x_i - \sum_{i=1}^{n}x_i = 0,这就证明了结论。

用到此定理的主题

分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. David Freedman, Robert Pisani, Roger Purves (2007). Statistics
  2. David S. Moore, William I. Notz (2020). The Basic Practice of Statistics