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Guía para Examen Extraordinario de Econometría I Profesor: Juan Francisco Islas Aguirre Solución a los 3 ejercicios seleccionados en sesión abierta del 21 septiembre 2020 Del libro de Carter, Griffiths y Lim (2011) Principles of Econometrics, 4ª. Ed, Wiley Ejercicio 5.8 POE4 Un economista agrícola realiza un experimento para estudiar la relación entre la variable dependiente YIELD = rendimiento de la producción de cacahuate (en libras por acre) y las variables independientes de los insumos de producción NITRO = cantidad de nitrógeno aplicado (en cientos de libras por acre) PHOS = cantidad de fósforo fertilizante (en cientos de libras por acre) Un total de N=27 observaciones fueron obtenidas empleando pruebas en diferentes terrenos de cultivo. El modelo cuadrático estimado, con un término de interacción, es: (a) Encontrar las ecuaciones que describen el efecto marginal del nitrógeno sobre el rendimiento y efecto marginal del fósforo sobre el rendimiento. ¿qué le dicen a Usted éstas ecuaciones? (b) ¿ Cuáles son los efectos marginales del nitrógeno y del fósforo cuando i) y y ii) cuando y ? Comente sus hallazgos. (c) Pruebe las hipótesis de que el efecto marginal del nitrógeno es cero cuando i) y ii) y

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Guía para Examen Extraordinario de Econometría I

Profesor: Juan Francisco Islas Aguirre

Solución a los 3 ejercicios seleccionados en sesión abierta del 21 septiembre 2020

Del libro de Carter, Griffiths y Lim (2011) Principles of Econometrics, 4ª. Ed, Wiley

Ejercicio 5.8 POE4

Un economista agrícola realiza un experimento para estudiar la relación entre la variable dependiente YIELD = rendimiento

de la producción de cacahuate (en libras por acre) y las variables independientes de los insumos de producción

NITRO = cantidad de nitrógeno aplicado (en cientos de libras por acre)

PHOS = cantidad de fósforo fertilizante (en cientos de libras por acre)

Un total de N=27 observaciones fueron obtenidas empleando pruebas en diferentes terrenos de cultivo. El modelo

cuadrático estimado, con un término de interacción, es:

(a) Encontrar las ecuaciones que describen el efecto marginal del nitrógeno sobre el rendimiento y efecto marginal del

fósforo sobre el rendimiento. ¿qué le dicen a Usted éstas ecuaciones?

(b) ¿ Cuáles son los efectos marginales del nitrógeno y del fósforo cuando i) y y ii) cuando

y ? Comente sus hallazgos.

(c) Pruebe las hipótesis de que el efecto marginal del nitrógeno es cero cuando

i) y

ii) y

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iii) y

Nota: La siguiente información puede ser útil:

(d) Para la función estimada, ¿qué niveles de nitrógeno y de fósforo dan el máximo rendimiento? ¿Son éstos los niveles de

aplicación óptimos de fertilización para el productor de cacahuates?

Solución

(a) La ecuación que describe el efecto marginal del nitrógeno sobre el rendimiento es

es decir

La ecuación que describe el efecto marginal del fósforo sobre el rendimiento es

es decir

Page 3: Principles of Econometrics, 4ª. Ed, Wiley Un economista agrícola … · 2020. 9. 30. · Planteamiento de la prueba de hipótesis Estadístico de prueba ̂ ̂ ̂ ( ̂ ̂ ̂ ) √

Estas ecuaciones indican que el efecto marginal de ambos fertilizantes declina –se tienen rendimientos marginales

decrecientes con la producción– y éstos efectos marginales eventualmente empiezan a ser negativos. También, se observa

que, el efecto marginal de un fertilizante es pequeño conforme aumenta la cantidad del otro fertilizante a ser aplicado.

(b) Los efectos marginales del nitrógeno son:

cuando

i) y

ii) y

Los efectos marginales del fósforo son:

cuando

i) y

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ii) y

(c) Prueba de hipótesis de que el efecto marginal del nitrógeno es cero

Nota: La siguiente información puede ser útil:

A partir del modelo teórico

y del modelo estimado

Se tienen N=27 observaciones, K=6 parámetros a estimar en el modelo. Así, N-K=27-6=21 grados de libertad del error.

El efecto marginal del nitrógeno al rendimiento es la primera derivada parcial del rendimiento respecto al nitrógeno:

Igualando el efecto marginal a cero

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Caso i) y

Efecto marginal igual a cero

Planteamiento de la prueba de hipótesis

Estadístico de prueba

( )

√ ( )

El valor crítico o teórico para esta prueba a dos colas de la distribución con 21 grados de libertad, lo buscamos en las

tablas de la distribución de Student, en STATA, en R, en Python, en GRETL o en cualquier software. En este caso:

Medio o software Imagen, comando o instrucción Resultado

Tablas de la distribución de Student

Fuente: Carter, Griffiths y Lim (2018) Principles of Econometrics, Statistical Tables, Appendix D, TABLE D.2,

2.080

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Percentiles of the t-distribution, disponibles en: http://www.principlesofeconometrics.com/poe5/poe5tables.pdf

Microsoft Excel =DISTR.T.INV(0.05,21) 2.079613845

R qt(p=0.975,df=21)

qt(c(0.025,0.975),df=21)

2.079614 -2.079614 2.079614

Python import scipy.stats as stats

print(stats.t.ppf(0.975,21)) 2.079613844727662

SAS

DATA INVCDFT;

t = TINV(0.975,21);

PROC PRINT;

RUN;

2.0796138447

GRETL ? t=critical(t,21,0.025) 2.07961

STATA display invttail(21,0.025) 2.0796138

por lo tanto

2.080

El estadístico calculado es mayor que el valor crítico, se rechaza la hipótesis nula.

Se rechaza que el efecto marginal del nitrógeno sea cero cuando y .

Caso ii) y

Efecto marginal igual a cero

Planteamiento de la prueba de hipótesis

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Estadístico de prueba

( )

√ ( )

El valor absoluto del estadístico calculado es menor que el valor absoluto crítico, no se rechaza la hipótesis nula.

| | | |

| | | |

No se rechaza que el efecto marginal del nitrógeno sea cero cuando y .

Caso iii) y

Efecto marginal igual a cero

Planteamiento de la prueba de hipótesis

Estadístico de prueba

( )

√ ( )

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El valor absoluto del estadístico calculado es mayor que el valor absoluto crítico, se rechaza la hipótesis nula.

| | | |

| | | |

Se rechaza que el efecto marginal del nitrógeno sea cero cuando y .

(d) Para la función estimada, los niveles de nitrógeno y de fósforo que dan el máximo rendimiento se obtienen al igualar a

cero las primeras derivadas obtenidas en (a) y resolviendo para obtener el nivel de nitrógeno y de fósforo óptimos,

respectivamente:

Se resuelve este sistema de ecuaciones simultáneas. A continuación se presentan tres métodos posibles de solución:

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1 Método de sustitución

Despejando a en la primera ecuación

se obtiene

Sustituyendo esta expresión en la segunda ecuación del sistema

[

]

Agrupando términos semejantes

[

]

Despejando

Resolviendo para

Sustituyendo esta solución para en la ecuación donde se tiene despejada

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2 Método de igualación

Despejamos a en cada una de las ecuaciones, obteniendo

Igualando estas expresiones en y resolviendo para

Agrupando términos semejantes

[

]

Despejando

Resolviendo para

Sustituyendo esta solución para en cualquiera de las ecuaciones donde está despejada

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3 Regla de Cramer

Se expresa de manera compacta el sistema de ecuaciones, en la forma Ax=b, donde A es la matriz de coeficientes asociados a las variables, x es el vector de incógnitas y b es el vector de términos independientes. Se ordenan los términos por variable y los términos independientes se trasladan a la derecha de la igualdad. La regla de Cramer señala que la solución al sistema de ecuaciones lineales es x=A-1b. Así, se tiene

Planteado en forma matricial

[

] [

] [

]

Para despejar al vector de incógnitas, premultiplicamos ambos lados de la igualdad por la inversa de la matriz A

[

]

[

] [

] [

]

[

]

[

] [

] [

]

[

]

[

] [

]

[

]

[

] [

] [

]

La solución es

[

] [

]

En Excel

Pulsar doble clic sobre el cuadro y F2 sobre las celdas calculadas para visualizar la fórmula en Excel

Solución de sistema de 2 ecuaciones en 2 incógnitas por Regla de Cramer

3.888 0.567 8.011 0.2716 -0.0990 8.011 1.701

0.567 1.556 4.800 -0.0990 0.6787 4.800 2.465A = b = x = A-1b = =

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¿Son éstos los niveles de aplicación óptimos de fertilización para el productor de cacahuates?

Los niveles que maximizan el rendimiento ( ) no necesariamente son los niveles óptimos de fertilización. Los niveles

óptimos son los que satisfacen la condición de que el costo marginal de los insumos es igual al valor de la productividad

marginal de dichos insumos.

Así, para cambios infinitesimalmente pequeños en los factores productivos, los niveles óptimos son aquellos para los

cuales:

[ ]

[ ]

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Ejercicio 6.5 POE4

Considere la ecuación de salarios

(a) Suponga que desea probar la hipótesis de que un año de educación tiene el mismo efecto sobre que un

año de experiencia. ¿Qué hipótesis nula y alternativa podría plantear?

(b) ¿Cuál es el modelo restringido, suponiendo que la hipótesis nula es verdadera?

(c) Dado que la suma de cuadrados de los errores del modelo restringido es , pruebe la hipótesis en

(a). (Para use el valor relevante a partir de la Tabla 6.4. El tamaño de la muestra es .)

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Solución:

(a) La prueba de hipótesis se pueden plantear como sigue, partiendo del modelo teórico

Asumiendo que el efecto lineal de un año adicional de educación es igual al efecto lineal de un año adicional de experiencia

sobre el

es decir

Y el efecto cuadrático de un año adicional de educación sea igual al el efecto cuadrático de un año adicional de experiencia

sobre el

es decir

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La prueba de hipótesis queda planteada como sigue

y

ó ó ambas

Si la hipótesis nula planteada en (a) no se rechaza, el modelo teórico restringido es

(c) El estadístico de la prueba de hipótesis es una (POE4, expresión 6A.1, pág. 254)

donde

es la suma de cuadrados de los errores del modelo restringido (restricted)

es la suma de cuadrados de los errores del modelo no restringido (unrestricted)

es el número de restricciones lineales en la prueba de hipótesis, en este caso se tienen 2 restricciones lineales sobre

parámetros, que son y

es el número de grados de libertad de la variación no explicada, en este caso N=1,000 y K=6 parámetros que se

estiman en el modelo que son , , , , , , por lo tanto N-K=1,000-6=994

Dado el valor de , para obtener la calculada se debe buscar en la Tabla dada el valor de que

corresponde al modelo completo, es decir al modelo irrestricto. Al mirar la tabla referida se observa que el modelo

completo es el de la Ecuación (B), es decir sin el término de interacción , por lo tanto

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El valor crítico o teórico para esta prueba a una cola de la distribución , con 2 grados de libertad en el numerador y 994

grados de libertad en el denominador lo buscamos en las tablas de la distribución , en STATA, en R, en Python, en GRETL o

en cualquier software. En este caso:

Medio o software Imagen, comando o instrucción Resultado

Tablas de la distribución

Fuente: Carter, Griffiths y Lim (2018) Principles of Econometrics, Statistical Tables, Appendix D, TABLE D.4, 95th Percentile for the F-distribution, disponibles en: http://www.principlesofeconometrics.com/poe5/poe5tables.pdf

3.00

Microsoft Excel =INV.F(0.95,2,994) 3.004779025

R qf(p=0.95, df1=2, df2=994) 3.004779

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Python import scipy.stats as stats

print(stats.f.ppf(0.95,2,994)) 3.0047790246

SAS

DATA INVCDFF;

F = FINV(0.95,2,994);

PROC PRINT;

RUN;

3.0047790246

GRETL ? f=critical(f,2,994,0.05) 3.00478

STATA display invFtail(2,994,0.05) 3.004779

por lo tanto

3.005

El estadístico calculado es mayor que el valor crítico, se rechaza la hipótesis nula.

Se rechaza la hipótesis nula de que la educación y la experiencia tienen el mismo efecto sobre el . Los efectos de

la educación y la experiencia sobre el salario son diferentes.

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Ejercicio 8.14 POE4

En el archivo cloth.dta se encuentra una serie de tiempo de 28 observaciones sobre el costo total y el producto para 2

firmas manufactureras de ropa. La base de datos se encuentra disponible en el sitio del libro de texto POE4 en los

siguientes formatos:

Excel : http://www.principlesofeconometrics.com/poe4/data/excel/cloth.xlsx

SAS : http://www.principlesofeconometrics.com/poe4/data/sas/cloth.sas7bdat

R : https://github.com/ccolonescu/PoEdata/blob/master/data/cloth.rda

Stata : http://www.principlesofeconometrics.com/poe4/data/stata/cloth.dta

GRETL : http://www.learneconometrics.com/gretl/POE4data.exe

Código ASCII : http://www.principlesofeconometrics.com/poe4/data/dat/cloth.dat

Se tiene la hipótesis de que las funciones de costos de ambas firmas son cúbicas y pueden ser escritas como

Firma 1 :

Firma 2 :

donde

[ ] [ ] , [ ] y [ ]

. También y son independientes uno del otro y en el tiempo.

(a) Estime cada función empleando Mínimos Cuadrados Ordinarios (MCO). Reporte y comente los resultados. ¿Los

coeficientes estimados tienen los signos esperados?

(b) Empleando un nivel de significancia del 10%, pruebe la hipótesis nula de que

contra la hipótesis

alternativa de que

.

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(c) Estime un modelo de ecuación conjunta, asumiendo que , , , . Reporte y comente los

resultados.

(d) Pruebe la hipótesis , , y

Comente sobre los resultados de la prueba.

(a) A continuación se despliega el código y los resultados de las ecuaciones estimadas por MCO, en STATA

use "http://www.principlesofeconometrics.com/poe4/data/stata/cloth.dta", clear

* Ecuación 1

gen q12=q1*q1

gen q13=q1*q1*q1

regress c1 q1 q12 q13

* Ecuación 2

gen q22=q2*q2

gen q23=q2*q2*q2

regress c2 q2 q22 q23

. * Ecuación 1

Source | SS df MS Number of obs = 28

-------------+------------------------------ F( 3, 24) = 566.40

Model | 551990.189 3 183996.73 Prob > F = 0.0000

Residual | 7796.48998 24 324.853749 R-squared = 0.9861

-------------+------------------------------ Adj R-squared = 0.9843

Total | 559786.679 27 20732.8399 Root MSE = 18.024

------------------------------------------------------------------------------

c1 | Coef. Std. Err. t P>|t| [95% Conf. Interval]

-------------+----------------------------------------------------------------

q1 | 83.65857 23.65464 3.54 0.002 34.83779 132.4793

q12 | -13.79592 4.59683 -3.00 0.006 -23.28331 -4.30853

q13 | 1.191122 .272075 4.38 0.000 .6295867 1.752657

_cons | 72.7743 35.73352 2.04 0.053 -.9760699 146.5247

------------------------------------------------------------------------------

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. * Ecuación 2

Source | SS df MS Number of obs = 28

-------------+------------------------------ F( 3, 24) = 186.97

Model | 475455.147 3 158485.049 Prob > F = 0.0000

Residual | 20343.8174 24 847.659059 R-squared = 0.9590

-------------+------------------------------ Adj R-squared = 0.9538

Total | 495798.964 27 18362.9246 Root MSE = 29.115

------------------------------------------------------------------------------

c2 | Coef. Std. Err. t P>|t| [95% Conf. Interval]

-------------+----------------------------------------------------------------

q2 | 108.2858 28.93327 3.74 0.001 48.5705 168.0012

q22 | -20.01463 6.1564 -3.25 0.003 -32.72081 -7.308444

q23 | 1.613098 .38016 4.24 0.000 .8284869 2.39771

_cons | 51.18521 37.59725 1.36 0.186 -26.4117 128.7821

------------------------------------------------------------------------------

Las ecuaciones de costos estimadas por firma son Para la firma 1

Para la firma 2

Para la función de costos estimada en ambas firmas se valida la hipótesis de que son cúbicas al ser estadísticamente significativo el término cúbico de la cantidad de producto y la variabilidad del costo se explica en más de 95% por la cantidad de producto.

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El costo marginal para la firma 1 es

A partir del modelo estimado:

El costo marginal para la firma 2 es

A partir del modelo estimado:

En ambas funciones estimadas de costo marginal se observa que es positivo cuando la cantidad de producto es cero, es

decir

si y

si .

Los coeficientes estimados en ambas ecuaciones son del mismo signo, aunque los estimadores de varianza son diferentes,

siendo mayor el de la firma 2, de 847.66 unidades cuadráticas en comparación con el de la firma 1 que es de 324.85

unidades cuadráticas.

(b) Para comparar las varianzas de los modelos de costos de las firmas 1 y 2, empleamos la distribución para probar la

hipótesis nula de que

contra la hipótesis alternativa de que

. Así, la a calcular es el siguiente

cociente de varianzas:

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El valor crítico o teórico al 95% de confianza para esta prueba en dos colas de la distribución , con 24 grados de libertad en

el numerador y 24 grados de libertad en el denominador lo buscamos en las tablas de la distribución , en STATA, en R, en

Python, en GRETL o en cualquier software. En este caso, se muestran los comandos de software:

Medio o software Imagen, comando o instrucción Resultado

Microsoft Excel =INV.F(0.05,24,24) 0.5041

R qf(p=0.05, df1=24, df2=24) 0.5040933

Python import scipy.stats as stats

print(stats.f.ppf(0.05,24,24)) 0.504093346736

SAS

DATA INVCDFF;

F = FINV(0.05,24,24);

PROC PRINT;

RUN;

0.5040933467

GRETL ? f=critical(f,24,24,0.95) 0.504093

STATA display invFtail(24,24,0.95) 0.50409335

por lo tanto

El estadístico calculado es mayor que el valor crítico, se rechaza la hipótesis nula.

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Las varianzas de las funciones de costos son diferentes. Los datos de la muestra dada no soportan que las varianzas de las

funciones de costos de las firmas sean iguales.

(d) Para estimar la ecuación de costos conjunta (para las firmas 1 y 2) se separan bases de datos de observaciones de

acuerdo a una variable dicotómica que identifique la firma a la que correspondan. Se unifican en una sola base de datos y

se estima la regresión, asumiendo que ambas firmas tienen los mismos efectos en todos los términos

, , , Para incorporar el efecto de las varianzas diferentes por firma que se validó en el inciso anterior, se debe realizar la estimación por el método de Mínimos Cuadrados Generalizados (MCG) sobre la base de datos combinada, con las observaciones transformadas mediante el ponderador de varianza empleando

y . Así el código de instrucciones en

STATA para estimar la ecuación por MCG es: drop _all

use "http://www.principlesofeconometrics.com/poe4/data/stata/cloth.dta", clear

keep c1 q1

ren c1 c

ren q1 q

gen firma1=1

save "C:/DATA/firma1.DTA",replace

use "http://www.principlesofeconometrics.com/poe4/data/stata/cloth.dta", clear

keep c2 q2

ren c2 c

ren q2 q

gen firma2=1

save "C:/DATA/firma2.DTA",replace

use "C:/DATA/firma1.DTA",clear

append using "C:/DATA/firma2.DTA"

gen q2=q*q

gen q3=q*q*q

replace firma1=0 if firma2==1

replace firma2=0 if firma1==1

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regress c q q2 q3 [aweight=firma1]

scalar v1=e(rmse)^2

regress c q q2 q3 [aweight=firma2]

scalar v2=e(rmse)^2

gen wv=firma1*v1+firma2*v2

regress c q q2 q3 [aweight=1/wv]

Los resultados obtenidos en STATA son: . regress c q q2 q3 [aweight=1/wv]

(sum of wgt is 1.1922e-01)

Source | SS df MS Number of obs = 56

-------------+------------------------------ F( 3, 52) = 809.92

Model | 1080707.02 3 360235.672 Prob > F = 0.0000

Residual | 23128.6282 52 444.781312 R-squared = 0.9790

-------------+------------------------------ Adj R-squared = 0.9778

Total | 1103835.65 55 20069.739 Root MSE = 21.09

------------------------------------------------------------------------------

c | Coef. Std. Err. t P>|t| [95% Conf. Interval]

-------------+----------------------------------------------------------------

q | 89.92024 16.97292 5.30 0.000 55.86158 123.9789

q2 | -15.40791 3.41461 -4.51 0.000 -22.25983 -8.555993

q3 | 1.302565 .2065344 6.31 0.000 .8881237 1.717007

_cons | 67.27048 24.49386 2.75 0.008 18.11996 116.421

------------------------------------------------------------------------------ Así, la ecuación conjunta estimada es:

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(d) Para igualdad de coeficientes , , , bajo el supuesto de varianzas iguales en costos por firma,

.

El modelo restringido a varianzas iguales es a partir de los resultados obtenidos en STATA

regress c q q2 q3

Source | SS df MS Number of obs = 56

-------------+------------------------------ F( 3, 52) = 631.11

Model | 1051323.38 3 350441.128 Prob > F = 0.0000

Residual | 28874.3313 52 555.275602 R-squared = 0.9733

-------------+------------------------------ Adj R-squared = 0.9717

Total | 1080197.71 55 19639.9584 Root MSE = 23.564

------------------------------------------------------------------------------

c | Coef. Std. Err. t P>|t| [95% Conf. Interval]

-------------+----------------------------------------------------------------

q | 95.17905 17.73497 5.37 0.000 59.59123 130.7669

q2 | -16.74544 3.644999 -4.59 0.000 -24.05967 -9.431219

q3 | 1.393998 .2228122 6.26 0.000 .9468929 1.841104

_cons | 62.67455 24.73758 2.53 0.014 13.03497 112.3141

------------------------------------------------------------------------------

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El estadístico de la prueba Chow que corresponde es

donde es la suma de cuadrados de los errores a partir de los modelos de variables dicotómicas identificadoras de las firmas 1 y 2, por lo que , así

donde

es la suma de cuadrados de los errores del modelo restringido (restricted) a varianzas iguales en costos por firma.

es la suma de cuadrados de los errores del modelo no restringido (unrestricted), es decir, de los

modelos de varianzas diferentes en costos por firma.

es el número de restricciones lineales en la prueba de hipótesis, en este caso se tienen 4 restricciones lineales sobre

parámetros, que son , , , .

es el número de grados de libertad de la variación no explicada, en este caso N=56 y K=4 parámetros

que se estiman en el modelo que son , , , en el modelo de la firma 1 y , , , en el modelo de la firma 2 por

lo tanto N-K=N-k1-k2=56-4-4=56-8=48

Así, el estadístico calculado de la prueba Chow

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El valor crítico o teórico para esta prueba a una cola de la distribución , con 4 grados de libertad en el numerador y 48

grados de libertad en el denominador lo buscamos en las tablas de la distribución , en STATA, en R, en Python, en GRETL o

en cualquier software. En este caso:

Medio o software Imagen, comando o instrucción Resultado

Tablas de la distribución

Fuente: Carter, Griffiths y Lim (2018) Principles of Econometrics, Statistical Tables, Appendix D, TABLE D.4, 95th Percentile for the F-distribution, disponibles en: http://www.principlesofeconometrics.com/poe5/poe5tables.pdf

2.56

Microsoft Excel =INV.F(0.95,4,48) 2.565240508

R qf(p=0.95, df1=4, df2=48) 2.565241

Python import scipy.stats as stats

print(stats.f.ppf(0.95,4,48)) 2.56524050848

SAS

DATA INVCDFF;

F = FINV(0.95,4,48);

PROC PRINT;

RUN;

2.5652405085

GRETL ? f=critical(f,4,48,0.05) 2.56524 STATA display invFtail(4,48,0.05) 2.5652405

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por lo tanto

2.565

No se rechaza la hipótesis nula, pues el estadístico calculado es menor que el valor crítico.

No se rechaza la hipótesis nula de igualdad en coeficientes para las firmas, es decir , , , .