Distribución F (Fisher-Snedecor)

La distribución \(F\) con \(m\) y \(n\) grados de libertad se define como: \[ W = \frac{X/m}{Y/n} \sim F_{m,n}, \quad \text{donde } X \sim \chi^2_m,\; Y \sim \chi^2_n \text{ independientes} \] Su densidad es: \[ f_W(w) = \frac{\Gamma\left(\frac{m+n}{2}\right)}{\Gamma\left(\frac{m}{2}\right)\Gamma\left(\frac{n}{2}\right)} \left(\frac{m}{n}\right)^{m/2} \frac{w^{\frac{m}{2}-1}}{\left(1+\frac{m}{n}w\right)^{\frac{m+n}{2}}}, \quad w > 0 \]

Explora la distribución F

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Propiedades de la distribución F:

  • Si \(T \sim t_n\) (t-Student), entonces \(T^2 \sim F_{1,n}\)
  • \(W^{-1} \sim F_{n,m}\) (recíproca)
  • \(\mathbb{E}[W] = \frac{n}{n-2}\) para \(n > 2\)
  • \(\operatorname{var}(W) = \frac{2n^2(m+n-2)}{m(n-2)^2(n-4)}\) para \(n > 4\)
  • Percentiles: \(F(p; m, n) = \frac{1}{F(1-p; n, m)}\)
Relación con la t-Student Si \(T \sim t_n\), entonces \(T^2 = \frac{Z^2}{\chi^2_n/n}\).
Como \(Z^2 \sim \chi^2_1\), tenemos \(T^2 \sim \frac{\chi^2_1}{\chi^2_n/n} = \frac{\chi^2_1/1}{\chi^2_n/n} \sim F_{1,n}\).
Por lo tanto, ¡el cuadrado de una t-Student sigue una F con (1, n) grados de libertad!

Ejemplo de aplicación: En ANOVA, la estadística \(F = \frac{\text{MSB}}{\text{MSW}}\) sigue una distribución \(F_{k-1, N-k}\) bajo la hipótesis nula.
Para \(m=3, n=12\), el valor crítico al 95% es aproximadamente 3.49.

¿Qué le pasa a la distribución F cuando m y n crecen? Cuando \(n \to \infty\), \(F_{m,n}\) converge a \(\chi^2_m/m\) (una chi-cuadrada escalada). Cuando \(m \to \infty\), el comportamiento es similar. En la práctica, para grados de libertad grandes (>100), la distribución F se aproxima a una normal.

Ejercicio

Usando la propiedad de reciprocidad \(W^{-1}\sim F_{n,m}\) (mencionada arriba), derive la relación de percentiles \(F(p;m,n) = 1/F(1-p;n,m)\). Por definición, \(F(p;m,n)\) es el valor tal que \(\mathbb{P}(W\le F(p;m,n))=p\), donde \(W\sim F_{m,n}\). Esta desigualdad es equivalente a: \[ \mathbb{P}(W\le F(p;m,n)) = \mathbb{P}\!\left(\frac{1}{W}\ge \frac{1}{F(p;m,n)}\right) = p, \] es decir, \[ \mathbb{P}\!\left(\frac{1}{W} < \frac{1}{F(p;m,n)}\right) = 1-p. \] Pero por la propiedad de reciprocidad, \(1/W\sim F_{n,m}\). Por definición de percentil aplicada a \(1/W\), el valor \(v\) tal que \(\mathbb{P}(1/W\le v)=1-p\) es exactamente \(v=F(1-p;n,m)\). Comparando ambas expresiones: \[ F(1-p;n,m) = \frac{1}{F(p;m,n)} \quad\Longleftrightarrow\quad F(p;m,n) = \frac{1}{F(1-p;n,m)}. \] Esta identidad es la razón práctica por la que las tablas de la distribución F solo publican percentiles altos (como 0.95 o 0.99): los percentiles bajos se obtienen invirtiendo y cambiando el orden de los grados de libertad.

Revision #1
Created 2026-09-11 17:42:37 UTC by Cheque Soto
Updated 2026-09-11 17:42:37 UTC by Cheque Soto