[學(xué)習(xí)]概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)浙大四版第二章5講

1、第五講,隨機(jī)變量函數(shù)的分布,一、問題的提出,在實(shí)際中，人們常常對(duì)隨機(jī)變量的函數(shù)更感興趣.,求截面面積 A= 的分布.,例如，已知圓軸截面直徑 d 的分布，,一、問題的提出,在實(shí)際中，人們常常對(duì)隨機(jī)變量的函數(shù)更感興趣.,已知t=t0 時(shí)刻噪聲電壓 V的分布，,求功率 W=V2/R (R為電阻）的分布等.,設(shè)隨機(jī)變量X 的分布已知，Y=g (X) (設(shè)g是連續(xù)函數(shù)），如何由 X 的分布求出 Y 的分布？,下面進(jìn)行討

2、論.,這個(gè)問題無(wú)論在實(shí)踐中還是在理論上都是重要的.,二、離散型隨機(jī)變量函數(shù)的分布,解： 當(dāng) X 取值 1，2，5 時(shí)， Y 取對(duì)應(yīng)值 5，7，13，,而且X取某值與Y取其對(duì)應(yīng)值是兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的事件，兩者具有相同的概率.,故,如果g(xk)中有一些是相同的，把它們作適當(dāng)并項(xiàng)即可.,一般，若X是離散型 r.v ，X的概率函數(shù)為,則 Y=X2 的概率函數(shù)為：,三、連續(xù)型隨機(jī)變量函數(shù)的分布,解：設(shè)Y的分布函數(shù)為 FY

3、(y)，,FY(y)=P{ Y y } = P (2X+8 y ),=P{ X } = FX( ),于是Y 的密度函數(shù),,,本例用到變限的定積分的求導(dǎo)公式,故,注意到 0 < x < 4 時(shí)，,即 8 < y < 16時(shí)，,此時(shí),Y=2X+8,求導(dǎo)可得,當(dāng) y>0 時(shí),,注意到 Y=X2 0，故當(dāng) y 0時(shí)，,解： 設(shè)Y和X的分布

4、函數(shù)分別為 和 ，,若,則 Y=X2 的概率密度為：,從上述兩例中可以看到，在求P(Y≤y) 的過程中，關(guān)鍵的一步是設(shè)法從{ g(X) ≤ y }中解出X,從而得到與 {g(X) ≤ y }等價(jià)的X的不等式 .,用 代替{ X2 ≤ y },這樣做是為了利用已知的 X的分布，從而求出相應(yīng)的概率.,這是求r.v的函數(shù)的分布的一種常用方法.,,,練習(xí)：

5、 設(shè)隨機(jī)變量X的概率密度為,求Y=sinX的概率密度.,練習(xí)： 設(shè)隨機(jī)變量X的概率密度為,求Y=sinX的概率密度.,當(dāng) y 0時(shí),,當(dāng) y 1時(shí),,故,解：注意到,,=P(0 X arcsiny)+P( - arcsiny X ）,解：當(dāng)0<y<1時(shí),,練習(xí) 設(shè)隨機(jī)變量X的概率密度為,求Y=sinX的概率密度.,當(dāng)0<y<1時(shí),,解：,=P(0 X arcsi

6、ny)+P( - arcsiny X ）,而,求導(dǎo)得:,例4 已知隨機(jī)變量X的分布函數(shù)F(x)是嚴(yán)格單調(diào)的連續(xù)函數(shù), 證明Y=F(X)服從[0,1]上的均勻分布.,又由于X的分布函數(shù)F是嚴(yán)格遞增的連續(xù)函數(shù), 其反函數(shù) F-1 存在且嚴(yán)格遞增.,證明: 設(shè)Y的分布函數(shù)是G(y),,于是,對(duì)y>1, G(y)=1;,對(duì)y<0 , G(y)=0;,由于,對(duì)0≤y≤1,,G(y)=P(Y≤ y),=

7、P(F(X)≤ y),=P(X ≤ (y)),=F( (y))= y,即Y的分布函數(shù)是,求導(dǎo)得Y的密度函數(shù),可見, Y 服從[0，1]上的均勻分布.,本例的結(jié)論在計(jì)算機(jī)模擬中有重要的應(yīng)用.,,下面給出一個(gè)定理，在滿足定理?xiàng)l件時(shí)可直接用它求出隨機(jī)變量函數(shù)的概率密度 .,其中，,此定理的證明與前面的解題思路類似.,x=h(y)是y=g(x)的反函數(shù),定理 設(shè) X是一個(gè)取值于區(qū)間[a,b]，具有概率密度 f(x)的連續(xù)型

8、r.v,又設(shè)y=g(x)處處可導(dǎo)，且對(duì)于任意x, 恒有 或恒有 ，則Y=g(X)是一個(gè)連續(xù)型r.v，它的概率密度為,,下面我們用這個(gè)定理來(lái)解一個(gè)例題 .,,,例 5,,,對(duì)于連續(xù)型隨機(jī)變量，在求Y=g(X) 的分布時(shí)，關(guān)鍵的一步是把事件 { g(X)≤ y } 轉(zhuǎn)化為X在一定范圍內(nèi)取值的形式，從而可以利用 X 的分布來(lái)求 P { g(X)≤ y }.重點(diǎn)：掌握一般情形下求隨

9、機(jī)變量函數(shù)分布的方法：先求分布函數(shù)，再求導(dǎo)，求隨機(jī)變量函數(shù)的概率密度。,這一講我們介紹了隨機(jī)變量函數(shù)的分布.,,,,本章要求：,1 會(huì)用隨機(jī)變量表示隨機(jī)事件。2 理解分布函數(shù)的定義及性質(zhì)，要會(huì)利用分布函數(shù)表示事件的概率。3 理解離散型隨機(jī)變量及其分布率的定義、性 質(zhì)，會(huì)求離散型隨機(jī)變量的分布率及分布函數(shù)，掌握常用的離散型隨機(jī)變量分布：兩點(diǎn)分布、二項(xiàng)分布、泊松分布。,,4 理解連續(xù)型隨機(jī)變量及概率密度的定義、性質(zhì)，要掌握概率密度與分布

10、函數(shù)之間關(guān)系及其 運(yùn)算，掌握常用的連續(xù)型隨機(jī)變量分布：均勻 分布、指數(shù)分布和正態(tài)分布。 5 會(huì)求隨機(jī)變量的簡(jiǎn)單函數(shù)的分布。,練習(xí),,測(cè)量某目標(biāo)的距離時(shí)，誤差X（m），且知X?N(20,1600),求三次測(cè)量中至少有一次誤差絕對(duì)值不超過30m的概率.設(shè)隨機(jī)變量X在(0,1)上服從均勻分布，求 Y=-2lnX的概率密度.,,,例7證: X 的概率密度為由定理的結(jié)論得：,,,例6 設(shè)隨機(jī)變量X在(0,1)上服從