1
Econ 240A
Power 6
3
The Challenger
lThe issue is whether o-ring failure onprior 24 prior launches istemperature dependent
lThey were considering launchingChallenger at about 32 degrees
lWhat were the temperatures of priorlaunches?
4
Challenger
Launch
Only 4 launches
Between 50 and
64 degrees
5
Challenger
lDivide the data into two groups
12 low temperature launches, 53-70 degrees
12 high temperature launches, 70-81 degrees
Temperature
O-Ring Failure
53
Yes
57
Yes
58
Yes
63
Yes
66
No
67
NO
67
No
67
No
68
No
69
No
70
No
70
Yes
Temperature
O-Ring Failure
70
Yes
70
No
72
No
73
No
75
Yes
75
No
76
No
76
No
78
No
79
No
80
No
81
No
8
Probability of O-RingFailure Conditional OnTemperature, P/T
lP/T=#of Yeses/# of Launches atlow temperature
P/T=#of O-Ring Failures/# ofLaunches at low temperature
Pˆ = k(low)/n(low) = 5/12 = 0.41
lP/T=#of Yeses/# of Launches athigh temperature
Pˆ = k(high)/n(high) = 2/12 = 0.17
9
Are these two ratessignificantly different?
lDispersion: p*(1-p)/n
Low: [p*(1-p)/n]1/2 = [0.41*0.59/12]1/2=0.14
High: [p*(1-p)/n]1/2 = [0.17*0.83/12]1/2=0.11
lSo .41 - .17 = .24 is 1.7 to 2.2standard deviations apart? Is thatenough to be statisticallysignificant?
10
Interval Estimation andHypothesis Testing
11
Outline
lInterval Estimation
lHypothesis Testing
lDecision Theory
0
0
-1.645
0.050
15
  a Z value
of 1.96 leads
to an area of
0.475, leaving
0.025 in the
Upper tail
16
Interval Estimation
lThe conventional approach is tochoose a probability for the intervalsuch as 95% or 99%
17
So z values
of -1.96 and
1.96 leave
2.5% in each
tail
-1.96
2.5%
2.5%
1.96
19
http://www.sfgate.com/election/races/2003/10/07/map.shtml
TwoCalifornias
20
Interval Estimation
lSample mean example: MonthlyRate of Return, UC Stock IndexFund, Sept. 1995 - Aug. 2004
number of observations: 108
sample mean: 0.842
sample standard deviation: 4.29
Student’s t-statistic
degrees of freedom: 107
Sample
Mean
0.842
22
Appendix B
Table 4
p. B-9
2.5 % in the
upper tail
23
Interval Estimation
l95% confidence interval
lsubstituting for t
24
Interval Estimation
lMultiplying all 3 parts of theinequality by 0.413
lsubtracting .842 from all 3 partsof the inequality,
25
Interval EstimationAn Inference about E(r)
lAnd multiplying all 3 parts of theinequality by -1, which changes the signof the inequality
lSo, the population annual rate of returnon the UC Stock index lies between19.9% and 0.2% with probability 0.95,assuming this rate is not time varying
26
Hypothesis Testing
27
Hypothesis Testing: 4 Steps
lFormulate all the hypotheses
lIdentify a test statistic
lIf the null hypothesis were true, whatis the probability of getting a teststatistic this large?
lCompare this probability to a chosencritical level of significance, e.g. 5%
28
-1.645
5 % lower tail
Step #4: compare the
probability for the test
statistic(z= -1.33) to the
chosen critical level
(z=-1.645)
30
Decision Theory
Decision Theory
lInference about unknown populationparameters from calculated samplestatistics are informed guesses. Soit is possible to make mistakes. Theobjective is to follow a process thatminimizes the expected cost ofthose mistakes.
lTypes of errors involved in acceptingor rejecting the null hypothesisdepends on the true state of naturewhich we do not know at the timewe are making guesses about it.
Decision Theory
lFor example, consider a possibleproposition for bonds to financedams, and the null hypothesis thatthe proportion that would vote yeswould be 0.4999 (or less), i.e. p ~0.5. The alternative hypothesiswas that this proposition wouldwin i.e., p >= 0.5.
Decision Theory
lIf we accept the null hypothesiswhen it is true, there is no error.If we reject the null hypothesiswhen it is false there is noerror.
34
Decision theory
lIf we reject the null hypothesiswhen it is true, we commit atype I error. If we accept thenull when it is false, we commita type II error.
Decision
Accept null
Reject null
True State of Nature
p = 0.4999
H2o Bonds lose
P >= 0.5
  Bonds win
No Error
Type I error
No Error
Type II error
Decision Theory
The size of the type I error isthe significance level orprobability of making a type Ierror, 
The size of the type II error isthe probability of making a typeII error, 
37
Decision Theory
We could choose to make thesize of the type I error smallerby reducing for example from5 % to 1 %. But, then whatwould that do to the type IIerror?
Decision
Accept null
Reject null
True State of Nature
p = 0.4999
P >= 0.5
No Error
   1 - 
Type I error
       
No Error
   1 - 
Type II error
       
Decision Theory
lThere is a tradeoff between thesize of the type I error and thetype II error.
40
Decision Theory
lThis tradeoff depends on thetrue state of nature, the value ofthe population parameter weare guessing about. Todemonstrate this tradeoff, weneed to play what if gamesabout this unknown populationparameter.
41
What is at stake?
lSuppose you are for WaterBonds.
lWhat does the water bondscamp want to believe about thetrue population proportion p?
they want to reject the nullhypothesis, p=0.4999
they want to accept thealternative hypothesis, p>=0.5
Cost of Type I and Type II Errors
lThe best thing for the waterbonds camp is to lean the otherway from what they want
lThe cost to them of a type Ierror, rejecting the null when itis true (i.e believing the bondswill pass) is high: over-confidence at the wrong time.
lExpected Cost E(C) = CIhigh (typeI error)*P(type I error) + CIIlow(type II error)*P(type II error)
43
Costs in Water Bond Camp
lExpected Cost E(C) = CIhigh (type Ierror)*P(type I error) + CIIlow (type IIerror)*P(type II error)
E(C) = CI high(type I error)* CIIlow(type II error)* 
lRecommended Action: makeprobability of type I error small, i.e.run scared so chances of losing staysmall
Decision
Accept null
Reject null
True State of Nature
p = 0.499
Bonds lose
P >= 0.5
Bonds win
No Error
   1 - 
Type I error 
C(I)
No Error
   1 - 
Type II error 
C(II)
E[C] = C(I)* C(II)* 
Bonds: C(I) is large so make small
45
How About Costs to theBond Opponents Camp ?
lWhat do they want?
lThey want to accept the null,p=0.499 i.e. Bonds lose
lThe opponents camp shouldlean against what they want
lThe cost of accepting the nullwhen it is false is high to them,so C(II) is high
46
Costs in the opponentsCamp
lExpected Cost E(C) = Clow(type Ierror)*P(type I error) + Chigh(type IIerror)*P(type II error)
E(C) = Clow(type I error)* Chigh(type II error)* 
lRecommended Action: makeprobability of type II error small, i.e.make the probability of acceptingthe null when it is false small
Decision
Accept null
Reject null
True State of Nature
p = 0.499
Bonds lose
P >=0.5
Bonds win
No Error
   1 - 
Type I error 
C(I)
No Error
   1 - 
Type II error 
C(II)
E[C] = C(I)* C(II)* 
Opponents: C(II) is large so make small
Decision Theory Example
If we set the type I error, to 1%, thenfrom the normal distribution (Table 3),the standardized normal variate z willequal 2.33 for 1% in the upper tail. For asample size of 1000, where p~0.5 fromnull
49
Decision theory example
So for this poll size of 1000, withp=0.5 under the null hypothesis,given our choice of the type I errorof size 1%, which determines thevalue of z of 2.33, we can solve fora
2.33
1 %
Decision Theory Example
lSo if 53.7% of the polling sample,or 0.5368*1000=537 say they willvote for water bonds, then wereject the null of p=0.499, i.e thenull that the bond proposition willlose
52
Decision Theory Example
lBut suppose the true value of pis 0.54, and we use thisdecision rule to reject the null if537 voters are for the bonds,but accept the null (of p=0.499,false if p=0.54) if this number isless than 537. What is the sizeof the type II error?
Decision Theory Example
What is the value of the type II error, ifthe true population proportion is p =0.54?
lRecall our decision rule is based on apoll proportion of 0.536 or 536 for Bonds
lz(beta) = (0.536 – p)/[p*(1-p)/n]1/2
lZ(beta) = (0.536 – 0.54)/[.54*.46/1000]1/2
lZ(beta) = -0.253
Calculation of Beta
Beta Versus p (true)
p
Power of the Test
p
1 - 
Power of the Test
p
1 - 
Ideal
Decision
Accept null
Reject null
True State of Nature
p = 0.499
P >= 0.5
No Error
   1 - 
Type I error
       
No Error
   1 - 
Type II error
       
60
Tradeoff
Between and 
lSuppose the type I error is 5%instead of 1%; what happens tothe type II error?
61
Tradeoff
If then the Z value in ourexample is 1.645 instead of 2.33and the decision rule is rejectthe null if 526 voters are forwater bonds.