残差投影 (Residual Projection)
残差投影→计量/统计→线性回归推导→OL残差向量是因变向量在与解释变量张成空间正交子空间投影。模Y=Xβ+u→OLSβ^=(X′X)−1X′Y→拟合值Y^=PY,其中P=X(X′X)−1X′=投影矩阵/帽子矩阵→对称P′=P+幂等PP=P→将Y正交投影到X列空col(X)。
残差:u^=Y−Y^=(I−P)Y=MY→M=I−X(X′X)−1X′=残差生成矩阵/湮灭矩阵→亦对称幂等→将Y投到col(X)正补子空。
核心性质
湮灭性:MX=(I−P)X=X−X=0→故X′u^=X′MY=(MX)′Y=0→残差与解释变量正交。若含截距→∑u^i=0→每解释变与残差协方差为0。秩/自由度:rank(P)=k,rank(M)=n−k→即残差自由度→无偏方差估计σ^2=u^′u^/(n−k)→分母n−k源于残差投影矩阵秩。
FWL定理基:Y=X1β1+X2β2+u→三步:①Y对X₂回得残差M2Y→②X₁每列对X₂回得残差M2X1→③M2Y对M2X1回→系数=原β^1→残差投影为数基。核→残差投影=OLS化最小化问题为几何投影→拟值=Y在col(X)影→残差=Y在正补影→生核性(正交性)→为FWL等深理供基。