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UPSC Statistics 2024 — Paper I

All 8 questions from UPSC Civil Services Mains Statistics 2024 Paper I (400 marks total). Every stem reproduced in full, with directive-word analysis, marks, word limits, and answer-approach pointers.

8Questions
400Total marks
2024Year
Paper IPaper

Topics covered

Probability theory and statistical inference (1)Joint distributions and limiting distributions (1)Statistical inference and estimation theory (1)Hypothesis testing and non-parametric methods (1)Linear regression, multivariate normal distribution, sampling design (1)Bivariate normal distribution, principal components, linear regression estimation (1)Stratified sampling and BIBD (1)Factorial design and ANOVA (1)

A

Q1
50M Compulsory solve Probability theory and statistical inference

(a) Two events A and B are such that P(A) = 1/3, P(B) = 1/4 and P(A|B) + P(B|A) = 2/3. Evaluate the following: (i) P(A^c ∪ B^c) (5 marks) (ii) P(A|B^c) + P(B|A^c) (5 marks) (b) Suppose the joint probability function of two random variables X and Y is f(x, y) = (xy^(x-1))/3; x = 1, 2, 3 and 0 < y < 1. Compute the following: (i) P(X ≥ 2 and Y ≥ 1/2) (5 marks) (ii) P(X ≥ 2) (5 marks) (c) Let X₁, X₂, ... is a sequence of independent and identically distributed random variables with mean (μ) and variance (σ²) < ∞, and assume Sₙ = X₁ + X₂ + ... + Xₙ. Show that WLLN does not hold for sequence ⟨Sₙ⟩ of random variables. (10 marks) (d) Write the criterion of a good estimator. Let X₁, X₂ be iid P(λ) random variables, then show that T = X₁ + X₂ is sufficient while T = X₁ + 2X₂ is not sufficient for estimating λ. (10 marks) (e) For testing H₀: μ = 100 vs. H₁: μ ≠ 100, a random sample of size 50 is drawn from a normal population with unknown mean μ and variance 200. If α = 0.05, then obtain the critical region. (10 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) दो घटनाएँ A और B इस प्रकार हैं कि P(A) = 1/3, P(B) = 1/4 और P(A|B) + P(B|A) = 2/3. निम्नलिखित के मान निकालिए : (i) P(A^c ∪ B^c) (5) (ii) P(A|B^c) + P(B|A^c) (5) (b) मान लीजिए कि दो यादृच्छिक चरों X और Y का संयुक्त प्रायिकता फलन f(x, y) = (xy^(x-1))/3; x = 1, 2, 3 और 0 < y < 1 है। निम्नलिखित का परिकलन कीजिए : (i) P(X ≥ 2 और Y ≥ 1/2) (5) (ii) P(X ≥ 2) (5) (c) मान लीजिए कि X₁, X₂, ... स्वतंत्र और सर्वसम बाँटित यादृच्छिक चरों का एक अनुक्रम है, जिसका माध्य (μ) और प्रसरण (σ²) < ∞ है, तथा मान लीजिए कि Sₙ = X₁ + X₂ + ... + Xₙ है। दर्शाइए कि यादृच्छिक चरों का अनुक्रम ⟨Sₙ⟩ दुर्बल बहुत संख्या नियम (WLLN) का पालन नहीं करता है। (10) (d) एक अच्छे आकलक का मापदंड लिखिए। माना कि X₁, X₂ स्वतंत्र और सर्वसम बाँटित (iid) P(λ) यादृच्छिक चर हैं, तब दर्शाइए कि λ के आकलन के लिए T = X₁ + X₂ पर्याप्त है, जबकि T = X₁ + 2X₂ पर्याप्त नहीं है। (10) (e) H₀: μ = 100 विरुद्ध H₁: μ ≠ 100 के परीक्षण के लिए अज्ञात माध्य μ और प्रसरण 200 वाली एक प्रसामान्य समष्टि से आमाप 50 का एक यादृच्छिक प्रतिदर्श लिया गया है। यदि α = 0.05 है, तो कांतिक क्षेत्र प्राप्त कीजिए। (10)

Answer approach & key points

Framework: UPSC Statistics Paper 1. (a(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (a(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (d) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (e) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: All parts with complete derivations, correct notation, and clear interpretation of results.

  • Derive P(A∩B) from P(A|B) + P(B|A) = 2/3
  • Apply P(A^c ∪ B^c) = 1 - P(A∩B)
  • Substitute values to find final probability
  • Calculate P(A|B^c) = P(A∩B^c)/P(B^c)
  • Calculate P(B|A^c) = P(B∩A^c)/P(A^c)
  • Sum the two conditional probabilities
  • Set up sum over x=2,3 and integral over y=1/2 to 1
  • Evaluate ∫(xy^(x-1)/3)dy for each x
Q2
50M calculate Joint distributions and limiting distributions

(a) Let the joint probability density function of two random variables X and Y be f(x, y) = x/3, for 0 < 2x < 3y < 6; 0, otherwise. Compute the following: (i) E(Y|X = x) (10 marks) (ii) E(var(Y|X = x)) (10 marks) (b) Find the distribution function of random variable X, for which the characteristic function is φ(t) = e^(-t²), -∞ < t < ∞. Also compute P(X > 2√2) in terms of Φ(z), where Φ(z) = ∫₋∞^z (1/√(2π)) e^(-θ²/2) dθ. (15 marks) (c) Let X₁, X₂, ..., X₂ₙ be iid N(0, 1) variates. Find the limiting distribution of [(X₁/X₂) + (X₃/X₄) + ... + (X₂ₙ₋₁/X₂ₙ)] / [X₁² + X₂² + ... + Xₙ²]. (15 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) मान लीजिए कि दो यादृच्छिक चरों X तथा Y का संयुक्त प्रायिकता घनत्व फलन f(x, y) = x/3, 0 < 2x < 3y < 6; 0, अन्यथा है। निम्नलिखित की गणना कीजिए : (i) E(Y|X = x) (10) (ii) E(var(Y|X = x)) (10) (b) यादृच्छिक चर X का बंटन फलन प्राप्त कीजिए जिसका अभिलक्षण फलन φ(t) = e^(-t²), -∞ < t < ∞ है। इसके अलावा Φ(z) के संदर्भ में P(X > 2√2) की गणना भी कीजिए, जहाँ Φ(z) = ∫₋∞^z (1/√(2π)) e^(-θ²/2) dθ. (15) (c) मान लीजिए कि X₁, X₂, ..., X₂ₙ स्वतंत्र और सर्वसम बंति (iid) N(0, 1) विचर हैं। [(X₁/X₂) + (X₃/X₄) + ... + (X₂ₙ₋₁/X₂ₙ)] / [X₁² + X₂² + ... + Xₙ²] का सीमान्त बंटन ज्ञात कीजिए। (15)

Answer approach & key points

Framework: Probability Theory: Conditional Expectation, Characteristic Functions, and Limit Theorems. (a) calculate: given > formula > substitution > result | (b) calculate: given > formula > substitution > result | (c) calculate: given > formula > substitution > result Full marks: Rigorous derivation with correct theorems and clear notation.

  • Conditional density derivation
  • Characteristic function inversion
  • CLT application to Cauchy variables
  • Slutsky's theorem application
Q3
50M solve Statistical inference and estimation theory

(a) Let moment generating function of random variable X exist in the neighbourhood of zero and if E(Xⁿ) = 1/5 + (-1)ⁿ 2/5 + (2ⁿ⁺¹)/5; n = 1, 2, 3, … then find the values of the following: (i) P(|X - 0.75| ≤ 1.5) (10 marks) (ii) P(|X - μ| < σ); μ = E(X) and σ² = var(X) (10 marks) [Use √1.84 = 1.36] (b) (i) Write the importance of Cramer-Rao inequality and Rao-Blackwell theorem. (5 marks) (ii) Let X ∼ B(1, θ), then find the uniformly minimum variance unbiased estimator (UMVUE) of θ(1-θ). (10 marks) (c) Obtain the maximum likelihood estimates of α and β for a random sample from the exponential population f(x; α, β) = Ce⁻β(x-α), α ≤ x < ∞, β > 0 (15 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) मान लीजिए कि, शून्य के सामीप्य में, यादृच्छिक चर X के आघूर्ण जनक फलन का अस्तित्व है और यदि E(Xⁿ) = 1/5 + (-1)ⁿ 2/5 + (2ⁿ⁺¹)/5; n = 1, 2, 3, … है, तो निम्नलिखित के मान ज्ञात कीजिए : (i) P(|X - 0.75| ≤ 1.5) (10 अंक) (ii) P(|X - μ| < σ); μ = E(X) और σ² = var(X) (10 अंक) [प्रयोग कीजिए √1.84 = 1.36] (b) (i) क्रैमर-राव असमिका एवं राव-ब्लैकवेल प्रमेय के महत्व लिखिए। (5 अंक) (ii) मान लीजिए कि X ∼ B(1, θ), तब θ(1-θ) का एकसमान न्यूनतम प्रसरण अनभिनत आकलक (UMVUE) निकालिए। (10 अंक) (c) चरघातांकी समिष्टि f(x; α, β) = Ce⁻β(x-α), α ≤ x < ∞, β > 0 से लिए गए एक यादृच्छिक प्रतिदर्श के लिए α और β के अधिकतम संभाविता आकलक ज्ञात कीजिए। (15 अंक)

Answer approach & key points

(a(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (a(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(i)) write short notes: define > 3-4 key features > one example > one-line significance | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: All parts solved with correct method, clear steps, and proper interpretation.

  • Calculate E(X) and E(X²) from the given formula
  • Determine the support of X (values and probabilities)
  • Identify the range of X satisfying the inequality
  • Sum the probabilities of the relevant values
  • Calculate μ = E(X) and σ² = Var(X)
  • Use the provided value √1.84 = 1.36 for σ
  • Determine the range of X satisfying |X - μ| < σ
  • State the Cramer-Rao lower bound for variance
Q4
50M solve Hypothesis testing and non-parametric methods

(a) Find the most powerful test of size α(= 0·05) for testing H₀: μ = 0 vs. H₁: μ = 1, given a random sample of size 25 from N(μ, 16) population. (20 marks) (b) A lot consists of some defective items. A random sample of 25 items has 6 defective items with probability p₁ = θ and 19 non-defective items with probability p₂ = 1 – θ. Then estimate θ using the following: (i) MLE method (ii) Minimum χ²-method (iii) Modified minimum χ²-method (15 marks) (c) Differentiate between Mann-Whitney U-test and Wilcoxon sign test. The following data pertain to APGAR scores of 15 pregnant women in two care programmes A and B: Programme A : 8 7 6 2 5 8 7 3 Programme B : 9 9 7 8 10 9 6 Is there a significant difference in APGAR scores of pregnant women under the two care programmes? [Given, U₍₀.₀₅₎ = 10] (15 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) H₀: μ = 0 विरुद्ध H₁: μ = 1 के परीक्षण के लिए, α(= 0·05) आमाप का शक्तम परीक्षण प्राप्त कीजिए, जबकि 25 आमाप का एक यादृच्छिक प्रतिदर्श N(μ, 16) समष्टि से लिया गया है। (20 अंक) (b) एक प्रचय में कुछ दोषपूर्ण वस्तुएँ हैं। 25 वस्तुओं के एक यादृच्छिक प्रतिदर्श में 6 दोषपूर्ण वस्तुएँ हैं, जिसकी प्रायिकता p₁ = θ है और 19 दोष रहित वस्तुएँ हैं, जिसकी प्रायिकता p₂ = 1 – θ है। तब निम्न का उपयोग करके θ का आकलन कीजिए : (i) MLE विधि (ii) न्यूनतम χ²-विधि (iii) आपरिवर्तित न्यूनतम χ²-विधि (15 अंक) (c) मैन-हिटनी U-परीक्षण और विल्कॉक्सन चिह्न परीक्षण के बीच अंतर कीजिए। निम्नलिखित आँकड़े दो देखभाल कार्यक्रमों A और B में 15 गर्भवती महिलाओं के APGAR स्कोरों से सम्बन्धित हैं : कार्यक्रम A : 8 7 6 2 5 8 7 3 कार्यक्रम B : 9 9 7 8 10 9 6 क्या दोनों देखभाल कार्यक्रमों के अन्तर्गत गर्भवती महिलाओं के APGAR स्कोरों में सार्थक अंतर है? [दिया गया है, U₍₀.₀₅₎ = 10] (15 अंक)

Answer approach & key points

Framework: UPSC Statistics Paper 1. (a) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (b) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) compare: paired headings or table > key differences > significance > conclusion Full marks: Complete derivations with clear interpretation and correct notation throughout

  • State Neyman-Pearson lemma application
  • Define likelihood ratio for N(μ, 16)
  • Determine critical region using α=0.05
  • Calculate test statistic value
  • Apply MLE method for θ estimation
  • Apply minimum χ² method correctly
  • Apply modified minimum χ² method
  • Show all three calculations clearly

B

Q5
50M Compulsory derive Linear regression, multivariate normal distribution, sampling design

(a) How will you justify the usage of the principle of least squares in estimating the parameters of a linear regression model? With usual notations, for the regression model y = Xβ + ε, show that the least square estimator of β is β̂ = (X'X)⁻¹X'y (10 marks) (b) (i) If X̃ is distributed as N₃(μ̃, Σ), find the distribution of [X₁ - X₂; X₂ - X₃]. (5 marks) (ii) If X₁, X₂ and X₃ are three variables, obtain the expression for the partial correlation coefficient between X₁ and X₂ eliminating the effect of X₃, ρ₁₂·₃, in terms of simple correlation coefficients. (5 marks) (c) X₁ and X₂ are independent data sets of order (n₁ × p) and (n₂ × p) respectively from Nₚ(μ̃, Σ). Show that (n₁n₂D²)/n is distributed as T²(p, n-2), where n = n₁ + n₂, and T² and D² represent the Hotelling's T² and Mahalanobis D² respectively. (10 marks) (d) For the population U = {a, b, c, d, e}, consider the following sampling design: P({a, b, d}) = 1/6, P({a, b, e}) = 1/6, P({a, d, e}) = 1/6, P({b, c, d}) = 1/6, P({b, c, e}) = 1/6, P({c, d, e}) = 1/6. Calculate the first-order and second-order inclusion probabilities. Hence show that it is a matter of a stratified design. Identify the strata with their units. (10 marks) (e) Let the incidence matrix of a design be N = [[1, 1, 1, 0], [1, 1, 0, 1], [1, 0, 1, 1], [0, 1, 1, 1]]. Show that— (i) the design is connected balanced; (ii) its efficiency factor is E = 8/9. (6+4=10 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) आप एक रैखिक समाश्रयन निदर्श के प्राचलों को आकलित करने में न्यूनतम वर्गों के सिद्धान्त के उपयोग को कैसे उचित ठहरायेंगे? सामान्य संकेतनों के साथ दर्शाइए कि समाश्रयन निदर्श y = Xβ + ε के लिए β का न्यूनतम वर्ग आकलक β̂ = (X'X)⁻¹X'y है। (10 अंक) (b) (i) यदि X̃, N₃(μ̃, Σ) के रूप में बंटित है, तो [X₁ - X₂; X₂ - X₃] का बंटन प्राप्त कीजिए। (5 अंक) (ii) यदि X₁, X₂ और X₃ तीन चर हैं, तो X₃ के प्रभाव को समाप्त करते हुए X₁ और X₂ के बीच आंशिक सहसंबंध गुणांक, ρ₁₂·₃, के लिए व्यंजक, सरल सहसंबंध गुणांकों के रूप में, प्राप्त कीजिए। (5 अंक) (c) X₁ और X₂, Nₚ(μ̃, Σ) से क्रमशः (n₁ × p) और (n₂ × p) कोटि के स्वतंत्र आंकड़ों के समुच्चय हैं। दर्शाइए कि (n₁n₂D²)/n का बंटन T²(p, n-2) के रूप में हुआ है, जहाँ n = n₁ + n₂ है और T² तथा D² क्रमशः हॉटेलिंग T² तथा महालनोबिस D² को निरूपित करते हैं। (10 अंक) (d) समष्टि U = {a, b, c, d, e} के लिए निम्नलिखित प्रतिचयन अभिकल्पना पर विचार कीजिए: P({a, b, d}) = 1/6, P({a, b, e}) = 1/6, P({a, d, e}) = 1/6, P({b, c, d}) = 1/6, P({b, c, e}) = 1/6, P({c, d, e}) = 1/6। प्रथम कोटि तथा द्वितीय कोटि की अंतर्वेश प्रायिकताओं की गणना कीजिए। अतः दर्शाइए कि यह एक स्तरित अभिकल्पना का मामला है। स्तरों को उनकी इकाइयों के साथ चिह्नित कीजिए। (10 अंक) (e) मान लीजिए कि एक अभिकल्पना का आपतन आव्यूह N = [[1, 1, 1, 0], [1, 1, 0, 1], [1, 0, 1, 1], [0, 1, 1, 1]] है। दर्शाइए कि— (i) अभिकल्पना संबद्ध संतुलित है; (ii) इसकी दक्षता कारक E = 8/9 है। (6+4=10 अंक)

Answer approach & key points

Framework: Statistical Inference & Design Theory. (a) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (b) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (d) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (e) explain: definition/context > points in order > small example > short close Full marks: Rigorous derivations, clear identification of strata, correct efficiency calculation.

  • OLS derivation via normal equations
  • Linear transformation of multivariate normal
  • Partial correlation formula
  • Relationship between D² and T²
  • Inclusion probabilities and stratification
  • Connected balanced design properties
  • Efficiency factor calculation
Q6
50M prove Bivariate normal distribution, principal components, linear regression estimation

(a) (X, Y) has bivariate normal distribution BN(μ₁, μ₂, σ₁², σ₂², ρ). (i) Show that X and Y are independent if and only if ρ = 0. (6 marks) (ii) If (X, Y) follows BN(3, 1, 16, 25, 3/5), obtain P(3 < Y < 8 | X = 7), given Φ(2) = 0.9772 and Φ(-0.25) = 0.4017, and Φ(x) represents the area under the standard normal curve from -∞ to x. (6 marks) (iii) If (X, Y) follows BN(0, 0, 1, 1, 0), what will be the distribution of Z = Y/X? (4 marks) (iv) State the multivariate extension of (i) when X̃ follows Nₚ(μ̃, Σ). (4 marks) (b) Define principal components and canonical correlation. How can one attain data reduction using principal components? If (X₁, X₂) has covariance matrix Σ = [[1, ρ], [ρ, 1]], then find the principal components. (15 marks) (c) For the simple linear regression model y = β₀ + β₁x + ε, where β₀ and β₁ are parameters and ε has zero mean and an unknown variance σ², find the estimates of β₀ and β₁ by the principle of least squares as well as the method of maximum likelihood. Examine whether they are identical. (15 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) (X, Y) का द्विवर प्रसामान्य बंटन BN(μ₁, μ₂, σ₁², σ₂², ρ) है। (i) दर्शाइए कि X और Y स्वतंत्र हैं, यदि और केवल यदि ρ = 0 है। (6 अंक) (ii) यदि (X, Y) का बंटन BN(3, 1, 16, 25, 3/5) है, तो P(3 < Y < 8 | X = 7) निकालिए, दिया है Φ(2) = 0.9772 और Φ(-0.25) = 0.4017 तथा Φ(x), -∞ से x तक का मानक प्रसामान्य वक्र के अंतर्गत क्षेत्रफल दर्शाता है। (6 अंक) (iii) यदि (X, Y) का बंटन BN(0, 0, 1, 1, 0) है, तो Z = Y/X का बंटन क्या होगा? (4 अंक) (iv) जब X̃, Nₚ(μ̃, Σ) का अनुसरण करता है, तो (i) का बहुचर विस्तरण लिखिए। (4 अंक) (b) मुख्य घटकों और विहित सहसंबंध को परिभाषित कीजिए। मुख्य घटकों का उपयोग करके कोई दत्त समान्यन कैसे प्राप्त कर सकता है? यदि (X₁, X₂) का सहप्रसरण आव्यूह Σ = [[1, ρ], [ρ, 1]] है, तो मुख्य घटकों को ज्ञात कीजिए। (15 अंक) (c) एक साधारण रैखिक समाश्रयन निदर्श y = β₀ + β₁x + ε के लिए, जहाँ β₀ और β₁ प्राचल हैं तथा ε का माध्य 0 और प्रसरण σ² अज्ञात है, न्यूनतम वर्ग सिद्धांत और अधिकतम संभाविता विधि से β₀ और β₁ के आकलक निकालिए। जाँच कीजिए कि क्या वे एकसमान हैं। (15 अंक)

Answer approach & key points

(a(i)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (a(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (a(iii)) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (a(iv)) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (b) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c) compare: paired headings or table > key differences > significance > conclusion Full marks: Rigorous derivations with all steps shown; correct identification of distributions; clear comparison of LS and MLE.

  • Write bivariate normal PDF with covariance matrix
  • Show PDF factorizes into product of marginals
  • Demonstrate factorization occurs if and only if ρ = 0
  • State that factorization implies independence
  • State conditional distribution Y|X=7 is normal
  • Calculate conditional mean μ_{Y|X} = μ₂ + ρ(σ₂/σ₁)(x-μ₁)
  • Calculate conditional variance σ²_{Y|X} = σ₂²(1-ρ²)
  • Standardize to find P(3 < Z < 8) using Φ values
Q7
50M prove Stratified sampling and BIBD

(a) A very big population is divided into two strata. The allocation of units of stratified random sample of size n for the two strata under Neyman allocation are n'_1 and n'_2, and under other type of allocation are n_1 and n_2. Define r = n'_1/n'_2 and μ = n_1/(rn_2). Then prove that the efficiency of stratified random sampling with respect to stratified random sampling under Neyman allocation is given by e = μ(r+1)²/((μr + 1)(μ + r)). (20 marks) (b) A bank has 40000 clients in its computer files, divided into 4000 branches, each managing exactly 10 clients. To estimate the proportion of clients for whom the bank has granted loan, a simple random sample of 40 branches is selected. From the selected sample, for each branch i, a list of clients (A_i) having a loan is prepared; i = 1, 2, ..., 40. The data observed from the selected sample are Σ(i=1 to 40) A_i = 200 and Σ(i=1 to 40) A_i² = 1156. (i) What type of sampling is this? (3 marks) (ii) State the expression of the parameter to estimate and obtain its unbiased estimate. (6 marks) (iii) Estimate the variance of the unbiased estimator obtained in part (ii). (6 marks) (c) (i) Verify whether the following BIBD are possible: (1) v = b = 22, r = k = 7, λ = 2; (2) v = 10, b = 18, r = 9, k = 5, λ = 4. Given that the design is resolvable. (ii) Given below is the incidence matrix (N) of a block design. Find the degrees of freedom associated with the adjusted treatment sum of squares and the degrees of freedom for the error sum of squares.

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(a) एक बहुत बड़ी समष्टि को दो स्तरों में विभाजित किया गया है। नेमन नियतन के अनुसार, दो स्तरों के लिए, आमाप n के स्तरीत यादृच्छिक प्रतिदर्श की इकाइयों के नियतन n'_1 और n'_2 हैं और दूसरे प्रकार की नियतन विधि के अनुसार n_1 तथा n_2 हैं। r = n'_1/n'_2 तथा μ = n_1/(rn_2) को परिभाषित कीजिए। तब सिद्ध कीजिए कि नेमन नियतन के अंतर्गत स्तरीत यादृच्छिक प्रतिचयन के सापेक्ष स्तरीत यादृच्छिक प्रतिचयन की दक्षता e = μ(r+1)²/((μr + 1)(μ + r)) है। (20 अंक) (b) एक बैंक में इसके कम्प्यूटर की फाइलों में 40000 ग्राहक हैं, जिनको 4000 शाखाओं में बाँटा गया है, प्रत्येक शाखा ठीक 10 ग्राहकों का प्रबंध करती है। जिन ग्राहकों को बैंक का ऋण दिया गया है, उनके अनुपात का आकलन करने के लिए 40 शाखाओं का एक सरल यादृच्छिक प्रतिदर्श चुना गया है। चुने गये प्रतिदर्श में से, प्रत्येक शाखा i के लिए ग्राहकों, जिन्होंने ऋण लिया है, उनकी एक सूची (A_i) तैयार की गई है; i = 1, 2, ..., 40 है। चयनित प्रतिदर्श से प्रेक्षित आँकड़े Σ(i=1 से 40) A_i = 200 और Σ(i=1 से 40) A_i² = 1156 प्राप्त हुए हैं। (i) यह किस प्रकार का प्रतिचयन है? (3 अंक) (ii) प्राचल जिसका आकलन करना है, उसके लिए व्यंजक (एक्सप्रेशन) लिखिए और उसका अनभिनत आकलक ज्ञात कीजिए। (6 अंक) (iii) भाग (ii) में प्राप्त अनभिनत आकलक के विचरण का आकलन कीजिए। (6 अंक) (c) (i) सत्यापित कीजिए कि क्या नीचे दिये गये BIBD संभव हैं: (1) v = b = 22, r = k = 7, λ = 2; (2) v = 10, b = 18, r = 9, k = 5, λ = 4। दिया गया है कि अभिकल्पना विभोज्य है। (ii) नीचे एक खंडक अभिकल्पना का आपतन आव्यूह (N) दिया गया है। समायोजित उपचार वर्गों के योग से संबद्ध स्वातंत्र्य-कोटियाँ और त्रुटि वर्गों के योग के लिए स्वातंत्र्य-कोटियाँ ज्ञात कीजिए।

Answer approach & key points

Framework: Stratified Sampling Efficiency & Cluster Sampling Variance. (a) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (b) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check Full marks: Rigorous derivation with all steps shown; correct identification of sampling type; accurate variance calculation; proper BIBD verification and df calculation.

  • Efficiency formula derivation with r and μ substitution
  • One-stage cluster sampling identification
  • Proportion estimation p_hat = 0.5
  • Cluster variance calculation using ΣA_i and ΣA_i²
  • BIBD condition verification for both cases
  • Resolvable design check
  • Rank calculation of N'N for degrees of freedom
Q8
50M solve Factorial design and ANOVA

(a) A 2²-factorial design was used to develop the yield of a crop. Two factors A and B were used at two levels: low (–1) and high (+1). The experiment was replicated two times with completely randomized way. The data obtained are as follows: | Factor A | Factor B | Estimated Average Effect | | – | – | | | + | – | 8 | | – | + | –5 | | + | + | 2 | The sum of squares of all the yields = 510.5 The grand total of all the yields = 50.00 (i) Analyze the data and identify the significant factors. (12 marks) (ii) Develop the regression model and predict the yield when A and B both are at low level (–1). (8 marks) [Given, F₍₁, ₄, ₀.₀₅₎ = 7.71] (b) To estimate the population mean Ȳ of a characteristic Y, a simple random sample of size 1000 was selected from a population of size 1000000 by without replacement. The population mean of an auxiliary character X is X̄ = 15. The other results are given below: s²ᵧ = 20, s²ₓ = 25, sₓᵧ = 15, x̄ = 14, ȳ = 10. (i) Estimate Ȳ using difference, ratio and regression estimators. (6 marks) (ii) Estimate the MSE of these estimators. Which estimator should we choose to estimate Ȳ? (9 marks) (c) Write down the model used in the analysis of a two-way classification with interactions, stating the assumptions. What are the hypotheses tested in this scenario? Obtain the expression for the sum of squares and complete the ANOVA. (15 marks)

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(a) एक फसल की उपज विकसित करने के लिए एक ²-बहु-उपदानी अभिकल्पना का उपयोग किया गया है। दो घटकों A और B का उपयोग दो स्तरों, निम्न (−1) और उच्च (+1), पर किया गया है। प्रयोग को पूर्णतः यादृच्छीकृत तरीके से दो बार पुनरावृत्ति किया गया है। प्राप्त आँकड़े इस प्रकार हैं: | घटक A | घटक B | आकलित औसत प्रभाव | | − | − | | | + | − | 8 | | − | + | −5 | | + | + | 2 | सभी उपजों के वर्गों का योग = 510.5 सभी उपजों का कुल योग = 50.00 (i) आँकड़ों का विश्लेषण कीजिए और महत्त्वपूर्ण घटकों की पहचान कीजिए। (12 अंक) (ii) समाश्रयन निदर्श विकसित कीजिए और जब A तथा B दोनों निम्न स्तर (−1) पर हों, तब उपज का पूर्वानुमान कीजिए। (8 अंक) [दिया गया है, F₍₁, ₄, ₀.₀₅₎ = 7.71] (b) एक अभिलक्षण Y के समष्टि माध्य Ȳ का आकलन करने के लिए, 1000 आमाप का एक सरल यादृच्छिक प्रतिदर्श 1000000 आमाप की समष्टि में से प्रतिस्थापन रहित चुना गया है। सहायक अभिलक्षण X का समष्टि माध्य X̄ = 15 है। अन्य परिणाम नीचे दिये गये हैं: s²ᵧ = 20, s²ₓ = 25, sₓᵧ = 15, x̄ = 14, ȳ = 10। (i) अंतर, अनुपात और समाश्रयण आकलकों का उपयोग करते हुए Ȳ का आकलन कीजिए। (6 अंक) (ii) इन आकलकों की MSE का आकलन कीजिए। Ȳ का आकलन करने के लिए हमें कौन-सा आकलक चुनना चाहिए? (9 अंक) (c) मान्यताओं का उल्लेख करते हुए अन्योन्यक्रियाओं सहित द्विविधा वर्गीकरण के विश्लेषण में उपयोग किये गये निदर्श को लिखिए। इसके संदर्भ में किन परिकल्पनाओं का परीक्षण किया जाता है? वर्गों के योग का व्यंजक प्राप्त कीजिए और ANOVA को पूर्ण कीजिए। (15 अंक)

Answer approach & key points

Framework: UPSC Statistics Paper 1. (a(i)) analyse: intro > causes > effects > stakeholders/linkages > way forward | (a(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance Full marks: All calculations correct, clear interpretation, complete ANOVA tables

  • Calculate SS for A, B, AB, and Error
  • Compute Mean Squares and F-ratios
  • Compare F-values with F(1,4,0.05)=7.71
  • State which factors are significant
  • Derive coefficients from average effects
  • Write full regression equation
  • Substitute x1=-1, x2=-1 for prediction
  • State final predicted yield

Practice Statistics 2024 Paper I answer writing

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