<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2025.1379210</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Optimal estimators in biadditive models and their families</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Oliveira</surname> <given-names>Manuela</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1106558/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Gar&#x000E7;&#x000E3;o</surname> <given-names>Eug&#x000E9;nio</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Alexandre</surname> <given-names>Armando</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Paulino</surname> <given-names>Joana</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Mexia</surname> <given-names>Jo&#x000E3;o</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff4"><sup>4</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/validation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Mathematics and Center for Research on Mathematics and its Applications (CIMA), Universidade de &#x000C9;vora</institution>, <addr-line>&#x000C9;vora</addr-line>, <country>Portugal</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Mechatronics Engineering, Universidade de &#x000C9;vora</institution>, <addr-line>&#x000C9;vora</addr-line>, <country>Portugal</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Institute of Contemporary History, Faculty of Social and Human Sciences, New University of Lisbon</institution>, <addr-line>Lisboa</addr-line>, <country>Portugal</country></aff>
<aff id="aff4"><sup>4</sup><institution>Department of Mathematics and Center of Mathematics and its Applications (CMA), Faculty de Ci&#x000EA;ncias e Tencnologia, Universidade Nova de Lisboa</institution>, <addr-line>Lisbon</addr-line>, <country>Portugal</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Luciano Antonio De Oliveria, Federal University of Grande Dourados, Brazil</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Zakariya Yahya Algamal, University of Mosul, Iraq</p>
<p>Joel Jorge Nuvunga, Joaquim Chissano University, Mozambique</p>
<p>Carlos Pereira, Universidade Federal de Lavras, Brazil</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Manuela Oliveira <email>mmo&#x00040;uevora.pt</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>16</day>
<month>04</month>
<year>2025</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2025</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>1379210</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>30</day>
<month>01</month>
<year>2024</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>17</day>
<month>03</month>
<year>2025</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2025 Oliveira, Gar&#x000E7;&#x000E3;o, Alexandre, Paulino and Mexia.</copyright-statement>
<copyright-year>2025</copyright-year>
<copyright-holder>Oliveira, Gar&#x000E7;&#x000E3;o, Alexandre, Paulino and Mexia</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>Biadditive regression models are linear models with an additive structure for their covariance matrix. We introduce commutative conditions and derive optimal estimators, namely Best Linear Unbiased Estimators (BLUE) and Best Quadratic Unbiased Estimators (BQUE). We develop a simulation study to compare the variance components estimates obtained through the proposed approach with those derived from Analysis of Variance and Markov Chain Monte Carlo methods. This research highlights that commutative orthogonal structures in these models are highly convenient to strengthen inference.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>biadditive regression models</kwd>
<kwd>cumulants</kwd>
<kwd>heteroscedasticity</kwd>
<kwd>optimum estimators</kwd>
<kwd>orthogonal block structure</kwd>
<kwd>commutative orthogonal block structure</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="0"/>
<table-count count="1"/>
<equation-count count="53"/>
<ref-count count="18"/>
<page-count count="7"/>
<word-count count="3737"/>
</counts>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Statistics and Probability</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Linear regression serves as the fundamental starting point for regression methods and remains a valuable and widely used statistical method. In addition, it acts as a solid foundation for exploring newer approaches. Therefore, the significance of a thorough understanding of linear regression before diving into more complex statistical methods cannot be overstated. Mixed-effects models are employed to describe the relationship between a response variable and one or more covariates in grouped data, structured according to factors such as longitudinal observations, repeated measures, hierarchical organization, or block designs [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. These models extend linear models by incorporating random effects, which introduce an additional error term to account for the correlation between observations within the same group. Mixed models demonstrate broader applicability and greater generality than fixed or random models, making them particularly suitable for analyzing complex data structures with multiple sources of variability. Mixed models can be orthogonal (e.g. [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]) or non-orthogonal (e.g. [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]). Orthogonal models occur when the fixed and random effects are independent of each other, which simplifies the estimation of parameters. Non-orthogonal mixed models arise when there is a correlation between the fixed and random effects.</p>
<p>Moreover, biadditive regression models, which extend the analysis of variance (ANOVA) to models with quadratic terms, have frequent applications in ecology, where the experimental units within a block or stratum are considered a random sample from a population of units and the blocks or strata themselves are viewed as a random sample drawn from a population of blocks or strata [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>].</p>
<p>Biadditive regression models are a flexible statistical framework designed to account for both fixed and random effects. The model is given by the expression</p>
<disp-formula id="E1"><mml:math id="M1"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>Y</bold> is a vector of <italic>N</italic> random variables <italic>Y</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>Y</italic><sub><italic>N</italic></sub>, <bold>X</bold>&#x003B2; expresses the fixed effects, and <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the sum of <italic>w</italic> independent random terms, each associated with a specific source of variability. The covariance matrix of <bold>Y</bold> is structured additively as</p>
<disp-formula id="E2"><mml:math id="M3"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:menclose></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>M</mml:mi></mml:mstyle><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M5"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003C3;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <bold>C</bold><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w</italic>, unknown and known and invertible, respectively. Random terms <bold>Z</bold><sub>1</sub>, &#x02026;, <bold>Z</bold><sub><italic>w</italic></sub> were assumed to have independent and identically distributed (i.i.d.) components with null mean values and higher-order cumulants (<sub><italic>c</italic><sub><italic>r</italic></sub>)1</sub>, &#x02026;, (<sub><italic>c</italic><sub><italic>r</italic></sub>)<italic>w</italic></sub>, <italic>r</italic> &#x0003D; 1, 2, 3, 4. However, these conditions have been refined. Currently, <bold>Z</bold><sub><italic>i</italic>1</sub>, &#x02026;, <bold>Z</bold><sub><italic>iw</italic></sub> are treated as independent, with null mean vectors and covariance matrices <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This revised assumption allows for a more flexible and realistic modeling of variability in the data, accommodating non-identical covariance structures across random effects.</p>
<p>Alexandre et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] conducted a detailed analysis to estimate the covariance components <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the coefficient vectors in the biadditive regression models. This estimation process involved modeling the variability and dependence structure of the data through the covariance terms, which represent the scale of variation for each random effect <bold>Z</bold><sub><italic>i</italic></sub>. Additionally, the coefficient vectors <bold>&#x003B2;</bold> were estimated to quantify the contributions of fixed effects, capturing the systematic relationships between covariates and the response variable.</p>
<p>In this paper, we present biadditive models with two extended frameworks: the orthogonal block structure and the commutative orthogonal block structure. These models introduce a novel perspective, enabling a more detailed exploration of underlying covariance structures. We establish commutativity conditions and derive optimal estimators, focusing specifically on best linear unbiased estimators (BLUE) and best quadratic unbiased estimators (BQUE). Furthermore, we extend the concept of biadditive models to encompass families of biadditive models, offering additional possibilities and broadening the applicability of this approach.</p>
<p>This paper is structured as follows. In Section 2, we present biadditive regression models. In Section 3, estimation and inference procedures for two extensions of the biadditive model; OBS and COBS, with controlled heteroscedasticity, including parameter estimation, variance estimation, and unbiased estimation for the model&#x00027;s parameters, are presented. Section 4 presents families of biadditive regression models with OBS and with COBS and results for estimable functions and derives chi-square tests. In Section 5, we developed a simulation study to compare the estimates of variance components, obtained through the proposed approach with those derived from analysis of variance and Markov Chain Monte Carlo methods. Finally, in Section 6, we conclude the paper with some final remarks.</p></sec>
<sec id="s2">
<title>2 Models and inference</title>
<p>Let us consider a linear mixed model given by</p>
<disp-formula id="E3"><label>(1)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>Z</bold><sub>1</sub>, &#x02026;, <bold>Z</bold><sub><italic>w</italic></sub>, <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w</italic> are independent random vectors with covariance matrices <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> If the vectors <bold>Z</bold><sub>1</sub>, &#x02026;, <bold>Z</bold><sub><italic>w</italic></sub> have mean vectors <italic><bold>&#x003BC;</bold></italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic><bold>&#x003BC;</bold></italic><sub><italic>w</italic></sub>, we can introduce the centered vectors <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BC;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w</italic> and the extended coefficients vector <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BC;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BC;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> This approach simplifies the treatment by assuming that the centered vectors <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> have null mean vectors. Currently, going into inference for <bold>Y</bold>, given the independence of <bold>Z</bold><sub>1</sub>, &#x02026;, <bold>Z</bold><sub><italic>w</italic></sub> we consider its covariance matrix</p>
<disp-formula id="E4"><mml:math id="M13"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:menclose></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>M</mml:mi></mml:mstyle><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where the matrices <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w</italic> provide profound insights into the relationships between variables within our dataset. This analysis reveals crucial information about how each component contributes to the overall variance and covariance observed in the data.</p>
<p>Moreover, we consider the orthogonal basis {<bold>&#x003B1;</bold><sub>1</sub>, &#x02026;, <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msub><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>} for &#x003A9;<sup>&#x022A5;</sup> &#x0003D; &#x0211D;(<bold>X</bold>)<sup>&#x022A5;</sup>, the orthogonal complement of the range space, &#x0211D;(<bold>X</bold>) of matrix <bold>X</bold>. Currently, the vectors with components</p>
<disp-formula id="E5"><mml:math id="M15"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x02113;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>have null mean vectors and variance given by</p>
<disp-formula id="E6"><mml:math id="M16"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> &#x02113; &#x0003D; 1, &#x02026;, <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w</italic>, thus expressing the transformation&#x00027;s impact on the covariance structure.</p>
<p>Putting <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> we obtain</p>
<disp-formula id="E7"><mml:math id="M19"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003C3;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>H</bold> &#x0003D; [<italic>h</italic><sub>&#x02113;<italic>i</italic></sub>], &#x02113; &#x0003D; 1, &#x02026;, <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w</italic>, and <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003C3;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> The least-square estimator (LSE) for the variance components is vector <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003C3;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> given by</p>
<disp-formula id="E8"><label>(2)</label><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003C3;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the symbol (&#x000B7;)<sup>&#x0002B;</sup> indicates the Moore&#x02013;Penrose inverse matrix [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>].</p>
<p>Similarly, as the expected value of <bold>Y</bold> is <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> the LSE for <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> will be</p>
<disp-formula id="E9"><mml:math id="M25"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>We also obtain the estimators for <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:math></inline-formula>(<bold>Y</bold>) given by</p>
<disp-formula id="E10"><mml:math id="M26"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>and the generalized least square estimator (GLSE) for <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
<disp-formula id="E11"><mml:math id="M28"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>as shown in Kariya and Kurata [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>].</p>
<p>This method facilitates the estimation of variance components in mixed models where the random-effects factors may follow various distributions, including non-normal ones. This flexibility is achieved by focusing on the structure of the covariance matrix, rather than imposing a specific distributional assumption for random effects.</p></sec>
<sec id="s3">
<title>3 Optimal estimators</title>
<p>Let us now consider two classes of models with orthogonal properties, the OBS and COBS models. Our approach is general case for these models.</p>
<sec>
<title>3.1 Orthogonal block structure</title>
<p>Models with OBS are linear mixed models whose variance-covariance matrices are linear combinations of known pairwise orthogonal projection matrices (POPM) that add up to the identity matrix and were introduced by Nelder [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] and continue to play an important role in the theory of randomized block designs [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. In this section, we use the commutative conditions on the matrices <bold>M</bold><sub><italic>i</italic></sub> to derive optimal estimators for individual biadditive models. We assume that the matrices <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w</italic>, commute. This implies the existence of an orthogonal matrix <bold>P</bold> that diagonalizes them, as discussed in Schott [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. Therefore, we have</p>
<disp-formula id="E12"><mml:math id="M30"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02282;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the family of matrices diagonalized by <bold>P</bold>. <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
<p>is a vector space comprising symmetric matrices that commute and contains their squares, rendering it a commutative Jordan algebra (CJA) [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]. Each CJA has a unique basis known as the principal basis, which is constituted by pairwise orthogonal orthogonal projection matrices [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>].</p>
<p>Let <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the principal basis of <inline-formula><mml:math id="M34"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> Then, we have</p>
<disp-formula id="E13"><mml:math id="M35"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>which leads to</p>
<disp-formula id="E14"><mml:math id="M36"><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E15"><mml:math id="M37"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Let <bold>P</bold><sub><italic>j</italic></sub> denote the orthogonal projection matrix in the range space <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the column space of <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and let <italic>p</italic><sub><italic>j</italic></sub> represent the rank of <bold>P</bold><sub><italic>j</italic></sub> for <italic>j</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>m</italic>. If <italic>p</italic><sub><italic>j</italic></sub> &#x0003C; <italic>q</italic><sub><italic>j</italic></sub>, then the estimator</p>
<disp-formula id="E16"><mml:math id="M40"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003B3;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>is the best quadratic unbiased estimator (BQUE) for <bold>&#x003B3;</bold><sub><italic>j</italic></sub> [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. This result extends the Hsu theorem to models with OBS. The Hsu theorem [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], provides a framework for deriving optimal quadratic unbiased estimators of variance components in mixed models.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.2 Commutative orthogonal block structure</title>
<p>In model (1) obtaining the best linear unbiased estimator (BLUE) for <bold>&#x003B2;</bold> is critical because it ensures that the fixed-effects parameters are estimated efficiently, with minimal variance among all linear unbiased estimators. This is relevant when the model incorporates both fixed and random effects, as the presence of random terms <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> introduces additional complexity into the covariance structure of the data.</p>
<p>We currently assume that the matrices <bold>M</bold><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w</italic>, and</p>
<disp-formula id="E17"><mml:math id="M42"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>commute, implying that the model exhibits a commutative orthogonal block structure (COBS) [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Consequently, the model also satisfies the conditions for orthogonal block structure (OBS). Under these conditions, there exists an orthogonal matrix <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that diagonalizes the matrices <bold>M</bold><sub>1</sub>, &#x02026;, <bold>M</bold><sub><italic>w</italic>&#x0002B;1</sub>, all of which belong to <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This property simplifies the estimation process by enabling efficient decomposition of the covariance structure, thus facilitating the derivation of BLUE for <bold>&#x003B2;</bold> while respecting the hierarchical and orthogonal nature of the block structure.</p>
<p>Let <inline-formula><mml:math id="M45"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have the principal basis <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> As</p>
<disp-formula id="E18"><mml:math id="M47"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02282;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>we have <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> <italic>j</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>m</italic>, and thus</p>
<disp-formula id="E19"><mml:math id="M49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Moreover, with</p>
<disp-formula id="E20"><mml:math id="M50"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>the orthogonal projection matrix onto &#x0211D;(<bold>L</bold>) is given by</p>
<disp-formula id="E21"><mml:math id="M51"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003C6;(<bold>L</bold>) &#x0003D; {<italic>h</italic>:&#x02113;<sub><italic>h</italic></sub> &#x02260; 0}. Therefore, <inline-formula><mml:math id="M52"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> Thus,</p>
<disp-formula id="E22"><mml:math id="M53"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Moreover, we observe that</p>
<disp-formula id="E23"><mml:math id="M54"><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02282;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>and thus <bold>T</bold> and /&#x003A3;(<bold>Y</bold>) commute. This point is crucial as it implies that</p>
<disp-formula id="E24"><mml:math id="M55"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>is BLUE [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>].</p></sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Families of biadditive models</title>
<p>We consider families of models sharing the matrices <bold>X</bold>, <bold>X</bold><sub>1</sub>, &#x02026;, <bold>X</bold><sub><italic>w</italic></sub>, so</p>
<disp-formula id="E25"><mml:math id="M56"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where the vectors <bold>Z</bold><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>h</italic>), <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w, h</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>d</italic>, are independent and have null mean vectors. We also have,</p>
<disp-formula id="E26"><mml:math id="M57"><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>and the random vectors are</p>
<disp-formula id="E27"><mml:math id="M58"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>The components <italic>Z</italic><sub><italic>i</italic>1</sub>(<italic>h</italic>), &#x02026;, <italic>Z</italic><sub><italic>i</italic><sub><italic>c</italic></sub><sub><italic>i</italic></sub></sub>(<italic>h</italic>) are i.i.d with cumulants <italic>c</italic><sub><italic>ri</italic></sub>(<italic>h</italic>), <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>w, h</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>d, r</italic> &#x0003D; 2, 3, 4, the same for all models. In addition, the matrices <bold>M</bold> &#x0003D; <bold>XX</bold><sup><italic>t</italic></sup>, and</p>
<disp-formula id="E28"><mml:math id="M59"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>are the same for all models. In the homogeneous case, in which the matrices <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> are null, we have the GLSE given by</p>
<disp-formula id="E29"><mml:math id="M61"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E30"><mml:math id="M62"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E31"><mml:math id="M63"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<sec>
<title>4.1 Orthogonal block structure</title>
<p>The OBS families will consist of models with OBS. Moreover, due to the uniqueness of the matrix <bold>X</bold> for all models, the vectors <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mrow><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the orthonormal basis of &#x0211D;(<bold>X</bold>)<sup>&#x022A5;</sup><italic>and</italic> the orthogonal complement of the range space of <bold>X</bold>, are the same. We concentrate on the moments and cumulants of the random variables within the mixed model, offering a comprehensive analysis of the mathematical expressions and properties that form the foundation of the methodology for estimating variance components.</p>
<p>Therefore, for</p>
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M64"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>we have the r-th cumulants of <inline-formula><mml:math id="M65"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
<disp-formula id="E33"><mml:math id="M66"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p>Taking <italic>B</italic>(<italic>r</italic>) &#x0003D; [<italic>b</italic><sub><italic>ij</italic></sub>(<italic>r</italic>)], <italic>r</italic> &#x0003D; 2, 3, as well as</p>
<disp-formula id="E34"><mml:math id="M68"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>the vectors <bold>&#x00398;</bold><sub><italic>r</italic></sub> and <bold>c</bold><sub><italic>r</italic></sub> being the same for the models in the family. For all the models, we also have the estimators</p>
<disp-formula id="E35"><mml:math id="M69"><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x00398;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent='true'><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>which give rise to the LSE estimators</p>
<disp-formula id="E36"><mml:math id="M70"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>from which we obtain</p>
<disp-formula id="E37"><mml:math id="M71"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>namely, we have</p>
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M72"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>We estimate the covariance matrices of the models using</p>
<disp-formula id="E39"><mml:math id="M73"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>thus the models in the family have the same estimated covariance matrix.</p>
</sec>
<sec>
<title>4.2 Commutative orthogonal block structure</title>
<p>The models within these families have vector coefficient estimators</p>
<disp-formula id="E40"><mml:math id="M74"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>These estimators have identical estimated covariance matrices</p>
<disp-formula id="E41"><mml:math id="M75"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>and are BLUE [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>].</p>
<p>Additionally, the models have the same pairs of eigenvalues and eigenvectors (&#x003BE;<sub><italic>j</italic></sub>, <bold>&#x003BD;</bold><sub><italic>j</italic></sub>), <italic>j</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>k</italic> for <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> We then obtain the estimators for the main estimable functions</p>
<disp-formula id="E42"><mml:math id="M77"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003BD;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>with estimated variances, <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> Now, for any vector <bold>v</bold> &#x02208; &#x0211D;<sup><italic>k</italic></sup>, we have</p>
<disp-formula id="E43"><mml:math id="M79"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003BD;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003BD;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>which leads to</p>
<disp-formula id="E44"><mml:math id="M80"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003BD;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>4.3 Hypotheses test</title>
<p>We currently introduce tests for the equality of the parameters in the different models. As <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> have the same variance, when comparing &#x003B7;<sub><italic>j</italic>1</sub>, &#x02026;, &#x003B7;<sub><italic>jd</italic></sub>, <italic>j</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>k</italic>, we use chi-square tests to test the hypotheses</p>
<disp-formula id="E45"><mml:math id="M82"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>As we are in the balanced case, where ANOVA and related techniques are robust with respect to non-normality [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>], these tests will have test statistics given by</p>
<disp-formula id="E46"><mml:math id="M83"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E47"><mml:math id="M84"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Under the null hypothesis <italic>H</italic><sub>0<italic>j</italic></sub>, <italic>j</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>k</italic>, the test statistics <italic>T</italic><sub><italic>j</italic></sub> roughly follow a chi-square distribution with <italic>d</italic>&#x02212;1 degrees of freedom.</p>
<p>Furthermore, the hypothesis</p>
<disp-formula id="E48"><mml:math id="M85"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>can be similarly tested. As the <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula>, have the variance</p>
<disp-formula id="E49"><mml:math id="M87"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></disp-formula>
<p>the</p>
<disp-formula id="E50"><mml:math id="M88"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>
<p>will be, when <italic>H</italic><sub>0</sub>(<bold>v</bold>) hold, the product by</p>
<disp-formula id="E51"><mml:math id="M89"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:menclose notation='updiagonalstrike'><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:menclose></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></disp-formula>
<p>of a chi-square with <italic>d</italic>&#x02212;1 degrees of freedom.</p></sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Simulation study</title>
<p>A simulation study was conducted to assess the performance of the proposed estimation method. The R programming language was used to generate the simulation data, following the procedure outlined below. The process was repeated a total of <italic>N</italic> &#x0003D; 1, 000 times to ensure robust and statistically reliable results. In each iteration, random values for the model parameters were generated according to the specified distributions for the random effects and fixed effects. The corresponding observation vectors were then calculated using the model equation. For each simulated dataset, the variance components were estimated and performance metrics such as bias, standard deviation (SD), and efficiency of the estimators were calculated. This repetition allowed for a comprehensive evaluation of the accuracy and precision of the method across a variety of random configurations. Simulate the observation vectors</p>
<disp-formula id="E52"><mml:math id="M90"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>X</bold><sub>2</sub> and <bold>&#x003B2;</bold><sub>2<italic>j</italic></sub> represent an additional design matrix and random effects term, respectively.</p>
<p>Random effects were generated according to the following distributions:</p>
<disp-formula id="E53"><mml:math id="M91"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="script"><mml:mi>N</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the variance component for the first random effect,</p>
<disp-formula id="E54"><mml:math id="M93"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Gamma</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>a</italic> &#x0003D; <italic>j</italic> and <italic>b</italic> &#x0003D; 10&#x02212;<italic>j</italic>.</p>
<p>The true variance components (<inline-formula><mml:math id="M94"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) for <italic>j</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, 10 were estimated using LSE (<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">Equation 2</xref>), where</p>
<list list-type="bullet">
<list-item><p><bold>Z</bold> &#x0003D; [<italic>Z</italic><sub><italic>l</italic></sub>] contains the mean values of the squared observation vectors <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <italic>l</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>g</italic>.</p></list-item>
<list-item><p><bold>K</bold> &#x0003D; (<bold>B</bold><sup><italic>t</italic></sup><bold>B</bold>)<sup>&#x0002B;</sup><bold>B</bold><sup><italic>t</italic></sup>,</p></list-item>
<list-item><p><bold>B</bold> &#x0003D; [<italic>b</italic><sub><italic>li</italic></sub>], with <italic>b</italic><sub><italic>li</italic></sub> &#x0003D; <bold>a</bold><sub><italic>l</italic></sub><bold>M</bold><sub><italic>i</italic></sub><bold>a</bold><sub><italic>l</italic></sub>,</p></list-item>
<list-item><p><bold>M</bold><sub><italic>i</italic></sub> represents the linear transformation matrix for variance components.</p></list-item>
</list>
<p>We estimate variance components and evaluate bias, standard deviation (SD), and &#x003B4;. to evaluate the performance of methods, analysis of variance (ANOVA), and Markov chain Monte Carlo (MCMC) (<xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>).</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Bias, SD, and &#x003B4; for <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> with model, ANOVA, and MCMC methods.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>j</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><inline-formula><mml:math id="M97"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></bold></th>
<th valign="top" align="center" colspan="3"><bold>Model</bold></th>
<th valign="top" align="center" colspan="3"><bold>ANOVA</bold></th>
<th valign="top" align="center" colspan="3"><bold>MCMC</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<td/>
<td/>
<td valign="top" align="center"><bold>Bias</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>SD</bold></td>
<td valign="top" align="center">&#x003B4;</td>
<td valign="top" align="center"><bold>Bias</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>SD</bold></td>
<td valign="top" align="center">&#x003B4;</td>
<td valign="top" align="center"><bold>Bias</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>SD</bold></td>
<td valign="top" align="center">&#x003B4;</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">1</td>
<td valign="top" align="center">0.93</td>
<td valign="top" align="center">2.14</td>
<td valign="top" align="center">4.18</td>
<td valign="top" align="center">0.51</td>
<td valign="top" align="center">2.45</td>
<td valign="top" align="center">4.60</td>
<td valign="top" align="center">0.53</td>
<td valign="top" align="center">2.76</td>
<td valign="top" align="center">5.02</td>
<td valign="top" align="center">0.55</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">2</td>
<td valign="top" align="center">1.68</td>
<td valign="top" align="center">3.52</td>
<td valign="top" align="center">7.91</td>
<td valign="top" align="center">0.44</td>
<td valign="top" align="center">4.04</td>
<td valign="top" align="center">8.70</td>
<td valign="top" align="center">0.46</td>
<td valign="top" align="center">4.56</td>
<td valign="top" align="center">9.49</td>
<td valign="top" align="center">0.48</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">3</td>
<td valign="top" align="center">1.11</td>
<td valign="top" align="center">2.11</td>
<td valign="top" align="center">4.63</td>
<td valign="top" align="center">0.46</td>
<td valign="top" align="center">2.44</td>
<td valign="top" align="center">5.09</td>
<td valign="top" align="center">0.48</td>
<td valign="top" align="center">2.76</td>
<td valign="top" align="center">5.56</td>
<td valign="top" align="center">0.50</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">4</td>
<td valign="top" align="center">1.82</td>
<td valign="top" align="center">4.00</td>
<td valign="top" align="center">8.85</td>
<td valign="top" align="center">0.45</td>
<td valign="top" align="center">4.58</td>
<td valign="top" align="center">9.74</td>
<td valign="top" align="center">0.47</td>
<td valign="top" align="center">5.17</td>
<td valign="top" align="center">10.63</td>
<td valign="top" align="center">0.49</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">5</td>
<td valign="top" align="center">1.91</td>
<td valign="top" align="center">4.16</td>
<td valign="top" align="center">8.67</td>
<td valign="top" align="center">0.48</td>
<td valign="top" align="center">4.77</td>
<td valign="top" align="center">9.54</td>
<td valign="top" align="center">0.50</td>
<td valign="top" align="center">5.37</td>
<td valign="top" align="center">10.40</td>
<td valign="top" align="center">0.52</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">6</td>
<td valign="top" align="center">0.57</td>
<td valign="top" align="center">1.23</td>
<td valign="top" align="center">2.72</td>
<td valign="top" align="center">0.45</td>
<td valign="top" align="center">1.41</td>
<td valign="top" align="center">2.99</td>
<td valign="top" align="center">0.47</td>
<td valign="top" align="center">1.59</td>
<td valign="top" align="center">3.27</td>
<td valign="top" align="center">0.49</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">7</td>
<td valign="top" align="center">1.29</td>
<td valign="top" align="center">2.47</td>
<td valign="top" align="center">5.76</td>
<td valign="top" align="center">0.43</td>
<td valign="top" align="center">2.85</td>
<td valign="top" align="center">6.33</td>
<td valign="top" align="center">0.45</td>
<td valign="top" align="center">3.23</td>
<td valign="top" align="center">6.91</td>
<td valign="top" align="center">0.47</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">8</td>
<td valign="top" align="center">1.84</td>
<td valign="top" align="center">3.67</td>
<td valign="top" align="center">8.00</td>
<td valign="top" align="center">0.46</td>
<td valign="top" align="center">4.22</td>
<td valign="top" align="center">8.79</td>
<td valign="top" align="center">0.48</td>
<td valign="top" align="center">4.77</td>
<td valign="top" align="center">9.59</td>
<td valign="top" align="center">0.50</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">9</td>
<td valign="top" align="center">1.33</td>
<td valign="top" align="center">2.86</td>
<td valign="top" align="center">6.40</td>
<td valign="top" align="center">0.45</td>
<td valign="top" align="center">3.28</td>
<td valign="top" align="center">7.04</td>
<td valign="top" align="center">0.47</td>
<td valign="top" align="center">3.69</td>
<td valign="top" align="center">7.68</td>
<td valign="top" align="center">0.48</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">10</td>
<td valign="top" align="center">1.18</td>
<td valign="top" align="center">2.38</td>
<td valign="top" align="center">5.26</td>
<td valign="top" align="center">0.45</td>
<td valign="top" align="center">2.73</td>
<td valign="top" align="center">5.79</td>
<td valign="top" align="center">0.47</td>
<td valign="top" align="center">3.09</td>
<td valign="top" align="center">6.31</td>
<td valign="top" align="center">0.49</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>For the cases <italic>j</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, 10, our estimator consistently exhibited the smallest &#x003B4;. The probability of this occurring by chance, assuming no superior precision among the methods, would be <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This provides strong evidence that our method demonstrates significantly greater precision.</p></sec>
<sec id="s6">
<title>6 Final remarks</title>
<p>In this paper, we consider biadditive models, often used in studies of manuring and other agronomic applications. We incorporated two extensions of these models: orthogonal block structures and commutative orthogonal block structures, which allow for a more detailed analysis of the additive structure of covariance matrices. In addition to individual models, we considered families of biadditive regression models. By incorporating commutative conditions, we derived optimal estimators, including best linear unbiased estimators and best quadratic unbiased estimators. The proposed methodology extends classical results, such as the Hsu theorem, while providing a robust framework for hypothesis testing within families of models. This framework also emphasizes the estimation of covariance components and coefficients, offering researchers valuable tools for investigating variability across models. The chi-square tests presented here establish a solid statistical foundation for evaluating variability and ensuring precision in agronomic studies. Furthermore, we highlighted the relevance of commutative orthogonal structures for factorial models, particularly those based on prime basis factorials. Such models, often used in studies of manuring and other agronomic applications, showcase the versatility of our approach. To evaluate the performance of the proposed methods, we conducted a simulation study. In this study, we simulated observation vectors based on biadditive regression models with predefined covariance structures and random effects. Using simulations conducted for our model, as well as for the ANOVA and MCMC methods, we estimated variance components and computed performance metrics, such as bias, SD, and &#x003B4;. Simulation results demonstrated the enhanced precision of our estimation approach.</p></sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s7">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s8">
<title>Author contributions</title>
<p>MO: Investigation, Methodology, Writing &#x02013; original draft, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. EG: Investigation, Methodology, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. AA: Writing &#x02013; original draft, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. JP: Writing &#x02013; original draft, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. JM: Methodology, Supervision, Conceptualization, Validation, Investigation, Writing &#x02013; original draft, Writing &#x02013; review &#x00026; editing.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s9">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that financial support was received for the research and/or publication of this article. MO was funded by projects UIDB/04674/2020 (CIMA) DOI: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.54499/UIDB/04674/2020">10.54499/UIDB/04674/2020</ext-link> and H2020-MSCA-RISE- 2020/101007950, with the title Decision Support for the Supply of Ecosystem Services under Global Change (DecisionES), funded by the Marie Curie International Staff Exchange Scheme. JP was funded by National funds through FCT &#x02013; Funda&#x000E7;&#x000E3;o para a Ci&#x000EA;ncia e a Tecnologia, I.P., under the projects UID/04209 and LA/P/0132/2020 (DOI: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.54499/LA/P/0132/2020">10.54499/LA/P/0132/2020</ext-link>).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
<p>The author(s) declared that they were an editorial board member of Frontiers, at the time of submission. This had no impact on the peer review process and the final decision.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x00027;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pinheiro</surname> <given-names>JC</given-names></name> <name><surname>Bates</surname> <given-names>DM</given-names></name></person-group>. <source>Mixed-effects Models in S and S-PLUS</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2000</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4419-0318-1</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Demidenko</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <source>Mixed Models: Theory and Applications With R</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name> (<year>2013</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sahai</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Ojeda</surname> <given-names>MM</given-names></name></person-group>. <article-title>Analysis of variance for random models</article-title>. In: <source>Unbalanced data: Theory, methods, applications, and data analysis</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Birkh&#x000E4;user</publisher-name> (<year>2005</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-0-8176-8168-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dempster</surname> <given-names>AP</given-names></name> <name><surname>Selwyn</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Patel</surname> <given-names>CM</given-names></name> <name><surname>Roth</surname> <given-names>AJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Statistical and computational aspects of mixed model analysis</article-title>. <source>Appl Stat</source>. (<year>1984</year>) <volume>33</volume>:<fpage>203</fpage>&#x02013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2307/2347446</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Alexandre</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Oliveira</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Gar&#x000E7;&#x000E3;o</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Mexia</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Biadditive models: commutativity and optimum estimators</article-title>. <source>Commun Stat</source>. (<year>2022</year>) <volume>53</volume>:<fpage>2021</fpage>&#x02013;<lpage>2033</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03610926.2022.2117560</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zmyslony</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>A characterization of best linear unbiased estimators in the general linear model</article-title>. <source>J Mathem Stat Probab Theory</source>. (<year>1978</year>) <volume>2</volume>:<fpage>365</fpage>&#x02013;<lpage>78</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4615-7397-5_27</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kariya</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Kurata</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <source>Generalized Least Squares</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley Series in Probability and Statistics</publisher-name> (<year>2004</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/0470866993</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nelder</surname> <given-names>JA</given-names></name></person-group>. <article-title>The analysis of randomized experiments with orthogonal block structure. I Block structure and the null analysis of variance</article-title>. <source>Proc R Soc Lond Ser A Math Phys Sci</source>. (<year>1965</year>) <volume>283</volume>:<fpage>147</fpage>&#x02013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.1965.0012</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nelder</surname> <given-names>JA</given-names></name></person-group>. <article-title>The analysis of randomized experiments with orthogonal block structure. II Treatment, structure and the general analysis of variance</article-title>. <source>Proc R Soc Lond Ser A Math Phys Sci</source>. (<year>1965</year>) <volume>283</volume>:<fpage>163</fpage>&#x02013;<lpage>78</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.1965.0013</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cali&#x00144;ski</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Kageyama</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <source>Block Designs. A Randomization Approach. Volume I: analysis</source>. <publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2000</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4612-1192-1</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cali&#x00144;ski</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Kageyama</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <source>A Randomization Approach. Volume II: design</source>. <publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2003</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4419-9246-8</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shot</surname> <given-names>JR</given-names></name></person-group>. <source>Matrix Analysis for Statistics 3rd ed</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name>. (<year>2017</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jordan</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Von Neumam</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Wingner</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>An the algebra generation of quantum Mechanics formalism</article-title>. <source>J Ann Math</source>. (<year>1934</year>) <volume>1</volume>:<fpage>25</fpage>&#x02013;<lpage>64</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Seely</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Quadratic subspaces and completeness</article-title>. <source>J Ann Math Stat</source>. (<year>1971</year>) <volume>42</volume>:<fpage>710</fpage>&#x02013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1214/aoms/1177693420</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Seely</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Zyskind</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Linear Spaces and summary variance unbiased estimations</article-title>. <source>J Ann Math Stat</source>. (<year>1971</year>) <volume>42</volume>:<fpage>691</fpage>&#x02013;<lpage>703</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1214/aoms/1177693418</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hsu</surname> <given-names>PL</given-names></name></person-group>. <article-title>On the best unbiased estimate of variance</article-title>. <source>Statist Res Mem</source>. (<year>1938</year>) <volume>2</volume>:<fpage>91</fpage>&#x02013;<lpage>104</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Silvey</surname> <given-names>SD</given-names></name></person-group>. <source>Statistical Inference</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Chapman &#x00026; Hall</publisher-name> (<year>1975</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Scheffe</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <source>The Analysis of Variance</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name> (<year>1959</year>).</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>