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UPSC Statistics 2025 — Paper I

All 8 questions from UPSC Civil Services Mains Statistics 2025 Paper I (400 marks total). Every stem reproduced in full, with directive-word analysis, marks, word limits, and answer-approach pointers.

8Questions
400Total marks
2025Year
Paper IPaper

Topics covered

Probability theory and distributions (1)Random variables and distributions (1)Probability distributions and estimation theory (1)Sequential probability ratio test and non-parametric tests (1)Linear regression, multivariate normal, sample statistics, sample size, experimental design (1)Bivariate normal, joint distributions, conditional expectation, generalized least squares (1)Latin square design and factorial experiments (1)Principal components and missing value analysis (1)

A

Q1
50M Compulsory prove Probability theory and distributions

(a) Let E, F and G be three pairwise independent events such that P(E∩F) = 0·1 and P(F∩G) = 0·3. Prove that P(Eᶜ∪G) ≥ 11/12. 10 marks (b) If X and Y are non-negative independent random variables and their joint moment generating function is given by M_X,Y(t₁,t₂) = e^t₁+2e^t₂-3; t₁ > 0, t₂ > 0, then show that 2P(X+Y=2) = 9P(X+Y=0). 10 marks (c) If X₁, X₂, ... be a sequence of i.i.d. U(0, 1) random variables, then find the value of Limₙ→∞ P(∑ᵢ₌₁ⁿ Xᵢ ≤ n/2 + √(n/144)) [use √3 = 1·74, Φ(0·29) = 0·6141, Φ(1) = 0·8413]. 10 marks (d) Let X₁, X₂, ..., Xₙ be a random sample from normal N(μ, σ²) distribution. Obtain sufficient statistic for parameters (μ, σ²) when both the parameters are unknown. If σ² is known, what will be sufficient statistic for parameter μ ? 10 marks (e) A random variable X has the following distribution under H₀ and H₁ : x : 1 2 3 4 5 6 f₀(x) : 0·01 0·01 0·01 0·01 0·01 0·95 f₁(x) : 0·05 0·04 0·03 0·02 0·01 0·85 Find the best test of size 0·03 and its probability of type-II error for testing H₀ : f = f₀ versus H₁ : f = f₁. Is it unbiased test ? Why ? 10 marks

हिंदी में पढ़ें

(a) मान लीजिए E, F और G तीन युग्मतः स्वतंत्र घटनाएँ इस प्रकार हैं कि P(E∩F) = 0·1 और P(F∩G) = 0·3 है। सिद्ध कीजिए कि P(Eᶜ∪G) ≥ 11/12 है। 10 (b) यदि X और Y ऋणेतर स्वतंत्र यादृच्छिक चर हैं तथा जिनका संयुक्त आघूर्ण जनक फलन M_X,Y(t₁,t₂) = e^t₁+2e^t₂-3; t₁ > 0, t₂ > 0 है, तब दर्शाइए कि, 2P(X+Y=2) = 9P(X+Y=0) है। 10 (c) यदि X₁, X₂, ... स्वतंत्र और सर्वथा बंटित U(0, 1) यादृच्छिक चरों का एक अनुक्रम है, तब Limₙ→∞ P(∑ᵢ₌₁ⁿ Xᵢ ≤ n/2 + √(n/144)) का मान ज्ञात कीजिए। [प्रयोग कीजिए, √3 = 1·74, Φ(0·29) = 0·6141, Φ(1) = 0·8413] 10 (d) मान लीजिए कि X₁, X₂, ..., Xₙ प्रसामान्य N(μ, σ²) बंटन से लिया गया एक यादृच्छिक प्रतिदर्श है। जब दोनों प्राचल अज्ञात हैं, तो प्राचलों (μ, σ²) के लिए पर्याप्त प्रतिदर्शज निकालिए। यदि σ² ज्ञात है, तो प्राचल μ के लिए पर्याप्त प्रतिदर्शज क्या होगा ? 10 (e) H₀ तथा H₁ के अंतर्गत एक यादृच्छिक चर X का बंटन निम्नलिखित है : x : 1 2 3 4 5 6 f₀(x) : 0·01 0·01 0·01 0·01 0·01 0·95 f₁(x) : 0·05 0·04 0·03 0·02 0·01 0·85 H₀ : f = f₀ विरुद्ध H₁ : f = f₁ का परीक्षण करने के लिए 0·03 आमाप वाला श्रेष्ठतम परीक्षण तथा उसकी द्वितीय प्रकार की त्रुटि की प्रायिकता प्राप्त कीजिए। क्या यह परीक्षण अनभिनत है ? क्यों ? 10

Answer approach & key points

Framework: UPSC Statistics Paper 1. (a) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (b) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (d) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (e) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check Full marks: Complete derivations with all steps shown, correct final answers, and clear interpretation of results.

  • Pairwise independence: pq = 1/10, qr = 3/10; p = 1/(10q), r = 3/(10q)
  • Complement: P(Eᶜ∪G) = 1 − P(E∩Gᶜ) = 1 − p(1−r)
  • p(1−r) = 1/(10q) − 3/(100q²) ≤ 1/12 ⟺ (5q−3)² ≥ 0
  • Conclusion P(Eᶜ∪G) ≥ 11/12
  • Printed-form defect identified: as written, M(0,0) ≠ 1; standard correction M = exp(e^{t₁}+2e^{t₂}−3)
  • Factorization under independence; Poisson mgf recognition
  • X ~ Poisson(1), Y ~ Poisson(2); X+Y ~ Poisson(3)
  • P(S=0) = e^{−3}, P(S=2) = 9e^{−3}/2; 2P(S=2) = 9P(S=0)
Q2
50M solve Random variables and distributions

(a) Let X be a continuous random variable having probability density function f(x) = (2/25)(x+2), -2 ≤ x ≤ 3; 0, otherwise. Find the cumulative distribution function of Y = X² and hence find probability density function of Y. 20 marks (b) The joint probability mass function of two random variables (X, Y) be P(X = x, Y = y) = (x+1)Cᵧ · ¹⁶Cₓ · (1/6)ʸ · (5/6)ˣ⁺¹⁻ʸ · (1/2)¹⁶, y = 0, 1, 2,..., x+1; x = 0, 1, 2,..., 16; 0, otherwise. Evaluate the following: (i) E(X), Var.(X); (ii) E(Y), Var.(Y); (iii) Cov. (X, Y). 5+5+5=15 marks (c) Let the joint probability density function of (X, Y) be f(x,y) = 2e⁻(x+y), 0 < x < y < ∞; 0, otherwise. Compute the following: (i) P(Y<1); (ii) P(λX<Y), λ>1; (iii) P(Y>3X | Y>2X). 5+5+5=15 marks

हिंदी में पढ़ें

(a) मान लीजिए X एक संतत यादृच्छिक चर है जिसका प्रायिकता घनत्व फलन f(x) = (2/25)(x+2), -2 ≤ x ≤ 3; 0, अन्यथा है। Y = X² का संचयी बंटन फलन ज्ञात कीजिए और इस प्रकार Y का प्रायिकता घनत्व फलन प्राप्त कीजिए। 20 (b) दो यादृच्छिक चरों (X, Y) का संयुक्त प्रायिकता द्रव्यमान फलन P(X = x, Y = y) = (x+1)Cᵧ · ¹⁶Cₓ · (1/6)ʸ · (5/6)ˣ⁺¹⁻ʸ · (1/2)¹⁶, y = 0, 1, 2,..., x+1; x = 0, 1, 2,..., 16; 0, अन्यथा है। निम्नलिखित का मान निकालिए : (i) E(X), Var.(X); (ii) E(Y), Var.(Y); (iii) Cov. (X, Y). 5+5+5=15 (c) मान लीजिए कि (X, Y) का संयुक्त प्रायिकता घनत्व फलन निम्नवत है : f(x,y) = 2e⁻(x+y), 0 < x < y < ∞; 0, अन्यथा. निम्नलिखित की गणना कीजिए : (i) P(Y<1); (ii) P(λX<Y), λ>1; (iii) P(Y>3X | Y>2X). 5+5+5=15

Answer approach & key points

(a) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (b(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(iii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c(iii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: All parts with complete derivations, correct calculations, and clear interpretation

  • F_X(x) = (x+2)²/25 on [−2,3]; Y ∈ [0,9]
  • CDF split at y = 4: 8√y/25 (0≤y≤4); (y+4√y+4)/25 (4<y≤9)
  • Differentiate: 4/(25√y); (1+2/√y)/25
  • No mass at 4 or 9; pieces integrate to 16/25 + 9/25 = 1
  • Marginal X ~ Binomial(16,1/2) via binomial summation
  • E(X) = 8; Var(X) = 4
Q3
50M calculate Probability distributions and estimation theory

(a) Let probability of obtaining Head on a biased coin be 4/5 and X be the number of heads obtained in a sequence of 25 independent tosses of the coin. The same coin is tossed again X number of times independently and we obtain Y heads. Compute Var.(X+25Y). (20 marks) (b)(i) Let {6, –8, 3, 2, 7, 5, 4, 9} be a random sample from a population with probability density function f(x, θ) = ½ exp(–|x–θ|), –∞<x, θ<∞. Obtain maximum likelihood estimate of θ. (5 marks) (b)(ii) Let X₁, X₂, ..., Xₙ be a random sample from Bernoulli distribution b(1, θ), 0<θ<1. Find the lower bound for the variance of an unbiased estimator of θ based on this data. Find uniformly minimum variance unbiased estimator of θ and show that it attains Cramer-Rao lower bound. (10 marks) (c) Let X₁, X₂, ..., Xₙ be a random sample from beta distribution of first kind β₍₁, θ₎, θ>0. Find consistent estimator of θ, and its variance also. (15 marks)

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(a) मान लीजिए एक अभिनत सिक्के में चित आने की प्रायिकता 4/5 है, और X सिक्के की 25 स्वतंत्र उछालों में प्राप्त चितों की संख्या को दर्शाता है। उसी सिक्के को पुनः X बार स्वतंत्र रूप से उछालने पर हमें Y चित प्राप्त होते हैं। Var.(X+25Y) की गणना कीजिए। (20 अंक) (b)(i) मान लीजिए {6, −8, 3, 2, 7, 5, 4, 9}, प्रायिकता घनत्व फलन f(x, θ) = 1/2 exp(-|x-θ|), -∞ < x, θ < ∞ वाली एक समष्टि से लिया गया एक यादृच्छिक प्रतिदर्श है। θ का अधिकतम संभाविता आकलक प्राप्त कीजिए। (5 अंक) (b)(ii) मान लीजिए X₁, X₂, ..., Xₙ बर्नौली-बंटन b(1, θ), 0<θ<1 से लिया गया एक यादृच्छिक प्रतिदर्श है । इन आँकड़ों पर आधारित, θ के एक अनभिनत आकलक के प्रसरण के लिए निम्न परिबंध ज्ञात कीजिए । θ का एक समान न्यूनतम प्रसरण अनभिनत आकलक ज्ञात कीजिए तथा दर्शाइए कि यह क्रामर-राव निम्न परिबंध प्राप्त करता है । (10 अंक) (c) मान लीजिए X₁, X₂, ..., Xₙ प्रथम प्रकार के बीटा बंटन β₍₁, θ₎, θ>0 से लिया गया एक यादृच्छिक प्रतिदर्श है । θ का संगत आकलक ज्ञात कीजिए और इसका प्रसरण भी निकालिए । (15 अंक)

Answer approach & key points

(a) 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) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: All parts solved with correct formulas, clear steps, and final numerical answers.

  • X ~ Bin(25,4/5): E = 20, Var = 4; Y|X ~ Bin(X,4/5)
  • Total variance: Var(Y) = pqE[X]+p²Var(X) = 144/25
  • Cov(X,Y) = pVar(X) = 16/5
  • Var(X+25Y) = 4+3600+160 = 3764
  • Laplace likelihood; minimize Σ|xᵢ−θ|
  • Median minimizes absolute deviations; ordered sample −8,…,9
  • Even n: full MLE set [4,5]; conventional midpoint 4.5
Q4
50M derive Sequential probability ratio test and non-parametric tests

(a) Let X₁, X₂, ... be a sequence of random variables from Bernoulli distribution with mean θ, 0<θ<1. Derive SPRT for testing H₀ : θ = θ₀ versus H₁ : θ = θ₁ = 1 – θ₀, 0<θ₀<1. Also obtain expressions for OC function and ASN function. (20 marks) (b) A random sample of size n is taken from the exponential distribution with mean θ>0. Given that n₁ observations out of n observations are less than 'a'. Show that minimum Chi-square estimate and maximum likelihood estimate of θ are same. (15 marks) (c) The life of 6 items of brand-A and 6 items of brand-B are given below: A : 40 62 55 35 48 88 B : 50 70 65 30 45 92 Using Kolmogorov-Smirnov test, test whether the distribution of life of both the brands are same or not at 5% level of significance. [Given that D₍₆, ₆, ₀.₀₅₎ = 2/3] (15 marks)

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(a) मान लीजिए X₁, X₂, ... माध्य θ, 0<θ<1 वाले बर्नौली-बंटन से लिए गए यादृच्छिक चरों का एक अनुक्रम है । H₀ : θ = θ₀ विरुद्ध H₁ : θ = θ₁ = 1 – θ₀, 0<θ₀<1, के परीक्षण के लिए SPRT व्युत्पन्न कीजिए । इस परीक्षण के OC फलन तथा ASN फलन के व्यंजकों को भी प्राप्त कीजिए । (20 अंक) (b) माध्य θ>0 वाले चरघातांकी बंटन से आमाप n का एक यादृच्छिक प्रतिदर्श लिया गया है । दिया गया है कि, n प्रेक्षणों में से n₁ प्रेक्षण 'a' से छोटे हैं । दर्शाइए कि θ का न्यूनतम काई-वर्ग आकलक तथा अधिकतम संभाविता आकलक समान है । (15 अंक) (c) ब्रांड-A की 6 वस्तुओं और ब्रांड-B की 6 वस्तुओं के जीवनकाल नीचे दिये गये हैं : A : 40 62 55 35 48 88 B : 50 70 65 30 45 92 कोलमोगोरोव-स्मिरनोव परीक्षण का उपयोग करते हुए, 5% सार्थकता स्तर पर परीक्षण कीजिए कि दोनों ब्रांड का जीवन का बंटन समान है या नहीं । [दिया गया है कि D₍₆, ₆, ₀.₀₅₎ = ²/₃] (15 अंक)

Answer approach & key points

Framework: UPSC Statistics Paper 1. (a) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (b) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: Rigorous derivations with correct notation and clear interpretation of all results.

  • Bernoulli likelihood ratio Λₙ = ((1−θ₀)/θ₀)^{2Sₙ−n}; degenerate θ₀=1/2 case
  • Wald boundaries A, B (e.g. (1−β)/α, β/(1−α)); continue region
  • OC via h(θ): L(θ) = (A^h−1)/(A^h−B^h); L(1/2) by limit
  • ASN via E(z) = (2θ−1)c; E(N) formulas; overshoot caveat
  • Grouped exponential likelihood with p(θ), q(θ); score zero → q = (n−n₁)/n
  • MLE θ̂ = −a/ln((n−n₁)/n)
  • Pearson χ² = n(y−p)²/[p(1−p)]; derivative and unique interior stationary point p=y
  • Min-χ² estimate identical; 0<n₁<n condition

B

Q5
50M Compulsory derive Linear regression, multivariate normal, sample statistics, sample size, experimental design

(a) For a two variable linear regression model Yᵢ = a + bXᵢ + eᵢ, where E(eᵢ) = 0, Var(eᵢ) = σ²ₑ, Cov(eᵢ, eⱼ) = 0 for i ≠ j, (i,j) ∈ {1, 2, ..., n}, if â and b̂ are least square estimators of a and b respectively, derive expressions for Var(â), Var(b̂) and Cov(â, b̂). 10 marks (b) Let X = (X₁ X₂ X₃)' ~ N₃(μ, Σ), where μ = (1 2 1)' and Σ = (9 2 2 / 2 3 0 / 2 0 2). Find the joint distribution of Y₁ = X₁ + X₂ + X₃ and Y₂ = X₂ - X₃. 10 marks (c) If X₁, X₂, ..., Xₙ is a random sample from a standard normal population, then using quadratic forms show that the sample mean X̄ = (1/n)∑ⱼ₌₁ⁿ Xⱼ and sample variance S² = [1/(n-1)]∑ⱼ₌₁ⁿ(Xⱼ - X̄)² are stochastically independent. 10 marks (d) Assume that in a population of very large number of items, proportion of defective items is 0·30. What should be the size of the sample, if a simple random sample is to be drawn from this population to estimate the percent defective within 2 percent of the true value with 95·5 percent probability? [Given P(0 ≤ Z ≤ 1·96) = 0·475; and P(0 ≤ Z ≤ 2·005) = 0·4775]. 10 marks (e) How do the size and shape of plots and blocks effect the results of field experiments? 10 marks

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(a) द्विचर रैखिक समाश्रयन निदर्श Yᵢ = a + bXᵢ + eᵢ जहाँ E(eᵢ) = 0, Var(eᵢ) = σ²ₑ, Cov(eᵢ, eⱼ) = 0, i ≠ j, (i,j) ∈ {1, 2, ..., n}, के लिए यदि â और b̂ क्रमशः a और b के न्यूनतम वर्ग आकलक हैं, तो Var(â), Var(b̂) तथा Cov(â, b̂) के लिए व्यंजकों को व्युत्पन्न कीजिए। 10 अंक (b) मान लीजिए X = (X₁ X₂ X₃)' ~ N₃(μ, Σ), जहाँ μ = (1 2 1)' तथा Σ = (9 2 2 / 2 3 0 / 2 0 2) है। Y₁ = X₁ + X₂ + X₃ और Y₂ = X₂ - X₃ का संयुक्त बंटन ज्ञात कीजिए। 10 अंक (c) यदि X₁, X₂, ..., Xₙ एक मानक प्रसामान्य समष्टि से लिया गया एक यादृच्छिक प्रतिदर्श है, तो द्विघात रूपों का उपयोग करके दर्शाइए कि प्रतिदर्श माध्य X̄ = (1/n)∑ⱼ₌₁ⁿ Xⱼ और प्रतिदर्श प्रसरण S² = [1/(n-1)]∑ⱼ₌₁ⁿ(Xⱼ - X̄)² प्रसामान्य रूप से स्वतंत्र हैं। 10 अंक (d) मान लें कि वस्तुओं की बहुत बड़ी संख्या वाली समष्टि में दोष पूर्ण वस्तुओं का अनुपात 0·30 है। इस समष्टि से एक सरल यादृच्छिक प्रतिदर्श निकाले जाने पर प्रतिदर्श का आमाप क्या होना चाहिए ताकि 95·5 प्रतिशत प्रायिकता के साथ वास्तविक मान के 2% के भीतर दोष प्रतिशत का आकलन किया जा सके? [दिया गया है P(0 ≤ Z ≤ 1·96) = 0·475; तथा P(0 ≤ Z ≤ 2·005) = 0·4775]। 10 अंक (e) भूखंडों और खंडकों के आमाप और आकार खेत प्रयोगों के परिणामों को कैसे प्रभावित करते हैं? 10 अंक

Answer approach & key points

(a) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (b) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) discuss: intro > 3-4 dimensions > example > balanced close Full marks: Complete derivations with all steps, correct calculations, clear interpretation, proper notation throughout

  • OLS normal equations; b̂ = ∑xᵢYᵢ/S_xx, â = Ȳ − b̂X̄
  • b̂−b = ∑xᵢeᵢ/S_xx; Var(b̂) = σ²ₑ/S_xx
  • â−a via cᵢ = 1/n − X̄xᵢ/S_xx; Var(â) = σ²ₑ(1/n+X̄²/S_xx) = σ²ₑ∑Xᵢ²/(nS_xx)
  • Cov(â,b̂) = −σ²ₑX̄/S_xx; S_xx>0 and homoscedastic-uncorrelated errors
  • Y = AX with A = [[1,1,1],[0,1,−1]]; Y ~ N₂(Aμ, AΣA′)
  • Mean (4,1)′; Var(Y₁) = 22, Var(Y₂) = 5, Cov = 1
  • Joint N₂((4,1)′, [[22,1],[1,5]]); marginals stated
Q6
50M derive Bivariate normal, joint distributions, conditional expectation, generalized least squares

(a)(i) If (X, Y) follows bivariate normal BN(μ₁, μ₂, σ₁², σ₂², ρ), then obtain (A) E(e^X) (B) E(e^(X+Y)) (C) Var(e^X) and (D) Correlation between e^X and e^Y. 3+3+3+3=12 marks (a)(ii) If (X, Y) have the joint probability density function g(x,y) = y e^(-y(x+1)), for x ≥ 0, y ≥ 0; 0 elsewhere, then find the regression curve of X on Y and comment on the nature of the curve. 8 marks (b) Let X = (X₁, X₂, X₃)' ~ N₃(μ, Σ), in which μ = (2 1 3)' and Σ = (9 2 -2 / 2 2 -3 / -2 -3 9). Obtain (i) E{X₁ | X₂ = x₂, X₃ = x₃} and (ii) Var{X₁ | X₂ = x₂, X₃ = x₃}. 15 marks (c) Consider the model: Y = X θ + ε, where ε is an n×1 vector of unobservable random variables such that E(ε) = 0 and D(ε) = σ²Ω, σ>0 unknown, Ω is a positive definite matrix of known constants and rank(X) = k<n. Then (i) Derive least square estimator of θ and (ii) Derive an unbiased estimator of σ². 9+6=15 marks

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(a)(i) यदि (X, Y) द्विचर प्रसामान्य BN(μ₁, μ₂, σ₁², σ₂², ρ) का अनुसरण करता है, तो (A) E(e^X) (B) E(e^(X+Y)) (C) Var(e^X) तथा (D) e^X और e^Y के बीच सहसंबंध ज्ञात कीजिए। 3+3+3+3=12 अंक (a)(ii) यदि (X, Y) का संयुक्त प्रायिकता घनत्व फलन निम्नवत है: g(x,y) = y e^(-y(x+1)), x ≥ 0, y ≥ 0; 0 अन्यथा, तो X का Y पर समाश्रयन वक्र ज्ञात कीजिए तथा वक्र की प्रकृति पर टिप्पणी कीजिए। 8 अंक (b) मान लीजिए कि X = (X₁, X₂, X₃)' ~ N₃(μ, Σ), जिसमें μ = (2 1 3)' तथा Σ = (9 2 -2 / 2 2 -3 / -2 -3 9) है। ज्ञात कीजिए (i) E{X₁ | X₂ = x₂, X₃ = x₃} और (ii) Var{X₁ | X₂ = x₂, X₃ = x₃}। 15 अंक (c) निदर्श पर विचार कीजिए: Y = X θ + ε, जहाँ ε अलक्ष्य यादृच्छिक चरों का एक n×1 सदिश इस प्रकार है कि E(ε) = 0 और D(ε) = σ²Ω, σ > 0 अज्ञात है, Ω ज्ञात स्थिरांकों का एक धनात्मक निश्चित आव्यूह है तथा कोटि (X) = k < n है। तब: (i) θ का न्यूनतम वर्ग आकलक व्युत्पन्न कीजिए और (ii) σ² का एक अनभिनत आकलक व्युत्पन्न कीजिए। 9+6=15 अंक

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) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check Full marks: All parts fully derived with correct formulas and clear interpretation.

  • Bivariate normal marginals; normal mgf E(e^{tZ})
  • E(e^X) = exp(μ₁+σ₁²/2); E(e^{X+Y}) with combined variance
  • Var(e^X) via E(e^{2X}); covariance and correlation formulas
  • Marginal f_Y(y) = e^{−y}; Y ~ Exp(1)
  • Conditional X|Y=y ~ Exp(rate y); regression E(X|Y=y) = 1/y
  • Rectangular hyperbola: nonlinear, decreasing, convex; limits noted
Q7
50M analyse Latin square design and factorial experiments

(a) Analyse and interpret the following data concerning output of wheat per field obtained as a result of experiment conducted to test four varieties of wheat A, B, C and D under a Latin square design at 5% level of significance. [Given F(3, 6) = 4·76; F(4, 7) = 4·12] (20 marks) (b)(i) Explain the need of factorial experiments with an example from pharmaceutical study. (6 marks) (b)(ii) Divide the 16 treatments of 2⁴ factorial experiment into 4 blocks of 4 treatments each, confounding the interaction effect AB and CD completely with blocks. Which other interaction is automatically confounded in this design ? (9 marks) (c) Define Horvitz-Thompson estimator for estimating the population total, and show that it is unbiased for probability proportional to size sampling without replacement. Also find its sampling variance. (15 marks)

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(a) गेहूँ की चार किस्मों A, B, C और D के परीक्षण के लिए किये गये प्रयोग के परिणाम स्वरूप प्रति खेत गेहूँ के उत्पादन से संबंधित निम्नलिखित आँकड़ों का विश्लेषण और व्याख्या कीजिए, जो 5% सार्थकता स्तर पर एक लैटिन वर्ग अभिकल्पना के अंतर्गत किया गया हो । [दिया गया है F(3, 6) = 4·76; F(4, 7) = 4·12] (20 अंक) (b)(i) बहु-उपादानी प्रयोगों की आवश्यकता की, एक औषध अध्ययन के उदाहरण के साथ, व्याख्या कीजिए। (6 अंक) (b)(ii) 2⁴ बहु-उपादानी प्रयोग के 16 उपचारों को 4 समूहों में, प्रत्येक में 4 उपचारों के साथ, विभाजित कीजिए, जिसमें अन्योन्य क्रिया प्रभाव AB और CD को समूहों के साथ पूरी तरह से संकरण किया गया है। इस अभिकल्पना में कौन सी अन्य अन्योन्य क्रिया स्वचालित रूप से संकरित होती है ? (9 अंक) (c) हारविट्ज-थॉम्पसन आकलक को समष्टि योग का आकलन करने के लिए परिभाषित कीजिए, और दर्शाइए कि यह आकार के समानुपात प्रायिकता वाले प्रतिचयन, प्रतिस्थापन रहित, के लिए अनभिनत है। इस का प्रतिचयन प्रसरण भी ज्ञात कीजिए। (15 अंक)

Answer approach & key points

Framework: UPSC Statistics Paper 1. (a) analyse: intro > causes > effects > stakeholders/linkages > way forward | (b(i)) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check Full marks: Flawless ANOVA, correct block design, rigorous HT derivation

  • 4×4 Latin square; row/column/treatment totals; G=468, CF=13689, Σy²=13802
  • SS: rows 46.5, columns 7.5, treatments 48.5, error 10.5; df 3/3/3/6
  • F_varieties = 9.24 > F(3,6) = 4.76 → reject equal means at 5%
  • Row F significant, column F not; F(4,7) unused (df mismatch); means A=27, B=30.25, C=31.5, D=28.25
  • Factorial experiments: main effects plus interactions in one trial
  • Efficiency over one-factor-at-a-time; dependence detection
  • Pharmaceutical 2² example (dose × timing on plasma concentration/recovery)
Q8
50M solve Principal components and missing value analysis

(a)(i) What are principal components ? Show that the principal components are uncorrelated. (10 marks) (a)(ii) Obtain the principal components and the amount of variation explained by each principal component associated with the following dispersion matrix : Σ = 4 & 2 & 1 2 & 3 & 1 1 & 1 & 2 Comment on the results. (10 marks) (b) For the given data, the yield of the treatment B in the second block is missing and is denoted as 'y'. Estimate the missing value, and analyse the data by assuming the level of significance = 0·05. [Given that F(3, 4) = 6·59; and F(2, 3) = 9·55] (20 marks) (c) Distinguish between Sampling and Non-sampling Errors. What are their sources ? How these errors can be controlled ? (10 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a)(i) मुख्य घटक क्या हैं ? दर्शाइए कि मुख्य घटक असहसंबंधित हैं। (10 अंक) (a)(ii) निम्नलिखित प्रकीर्णन आव्यूह से संबंधित मुख्य घटकों को प्राप्त कीजिए तथा प्रत्येक मुख्य घटक द्वारा स्पष्ट की गई परिवर्तन की मात्रा प्राप्त कीजिए : Σ = 4 & 2 & 1 2 & 3 & 1 1 & 1 & 2 परिणामों पर टिप्पणी कीजिए। (10 अंक) (b) दिए गए आंकड़ों के लिए, दूसरे खंड में उपचार B की उपज लुप्त है और इसे 'y' से दर्शाया गया है। लुप्त मान का आकलन कीजिए, और आंकड़ों का सार्थकता स्तर 0·05 पर विश्लेषण कीजिए। [दिया गया है F(3, 4) = 6·59; और F(2, 3) = 9·55] (20 अंक) (c) प्रतिचयन और अप्रतिचयन त्रुटियों के बीच अंतर कीजिए। उनके स्रोत क्या हैं ? इन त्रुटियों को कैसे नियंत्रित किया जा सकता है ? (10 अंक)

Answer approach & key points

Framework: null. (a) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (b) analyse: intro > causes > effects > stakeholders/linkages > way forward | (c) compare: paired headings or table > key differences > significance > conclusion Full marks: Rigorous derivation for (a), precise ANOVA for (b), and clear distinction for (c).

  • Define principal components as linear combinations of variables.
  • Show covariance between components is zero using eigenvector properties.
  • Compute eigenvalues of the given 3x3 dispersion matrix.
  • Calculate percentage of variation explained by each component.
  • RBD missing value y = (tT′+bB′−G′)/((t−1)(b−1)) = 22.25
  • ANOVA with adjusted df (total 7, error 3): trt F = 5.25 ns, block F = 11.01 significant vs F(2,3)=9.55
  • F(3,4) unused (df mismatch)

Practice Statistics 2025 Paper I answer writing

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