概率论与数理统计第四章随机变量的数字特征习题解答.docx
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1、习题411、设随机变量X服从参数为的0-1分布,求E(X)。解:据题意知,X的分布律为X01PkI-PP根据期望的定义,得E(X)=O(l-p)+1p=p2、袋中有张卡片,记有号码1,2,“。现从中有放回地抽出A张卡片,求号码之和X的数学期望。解:设Xi表示第i次取到的卡片的号码(i=l,2,/),那么X=X+X2+X%。因为是有放回地抽出卡片,所以Xj之间相互独立。所以第i次抽到号码为m的卡片的概率为PXi=M=L(m=L2,i=1,2,次),n即Xj的分布律为PX.=l,(w=l,2,M,n所以E(Xj)=L(1+2+)=,n2所以,E(X)=E(X、+XJ=J与注:求复杂随机变量期望时可
2、先引入假设干个简单的随机变量,再根据期望的性质即可。3、某产品的次品率为0.1,检验员每天检验4次。每次随机地抽取10件产品进行检验,如果发现其中的次品数多于L就去调整设备,以X表示一天中调整设备的次数,试求E(X)。(设诸产品是否是次品是相互独立的J解:令y表示一次抽检的io件产品的次品数,据题意知,y仇io,o.i),P=PY=-PY=0-PY=-C0.1o0.9,-C1,oO.1,O.99=0.2639,因此,X仇4,0.2639),从而石(X)=p=40.2639=1.0556。注:此题必须先求出一天中调整设备的概率。即值。4、据统计,一位60岁的健康(一般体检未发生病症)者,在5年内
3、仍然活着或自杀身亡的概率为p(0pa)o应如何确定人才能使公司可期望获益?假设有机个人参加保险,公司可期望从中收益多少?解:设X表示从一个被保险人身上获得的收益,那么其分布律为Xaa-bPkPI-P要使公司获利,需E(X)O,即。一伙l-p)O,所以有对于加个人,有E(mX)=map+n(a-b)(-p)=ma-mb1-p)。注:此题的关键在于假设随机变量,从而确定公司获益的期望。5、对任意随机变量X,假设E(X)存在,那么EaE(X)等于。解:由于E(X)表示随机变量X的平均值,是一个数。据数学期望的性质,知EE1E(X)=E(X)o6、设随机变量X的分布为求E(X),E(2),E(3X2+
4、5)o解:E(X)=(-2)0.4+00.3+20.3=-0.2,E(X2)=(-2)20.4+020.3+220.3=2.8,E(32+5)=3E(2)+5=3x2.8+5=13.4。laOVXVl0,其它7、设连续型随机变量X的概率密度为f(x)=O,又E(X)=O.75,求,的值。解:由概率密度函数的性质和条件,得Vf(x)dx = 1-xSEX=O.75,解得女= 3, = 2XkXadX = 0.758、设随机变量X的概率密度为/a) =l-x,0x2其它l-(l-x),0xl解:据题意知,随机变量X的概率密度为AX)=J-(%-1),1X1TX9、一工厂生产的某种设备的寿命X(以年
5、计)服从指数分布,概率密度为/(x)=we0,x0工厂规定出售的设备假设在一年内损坏,可予以调换。假设工厂出售一台设备可廉利100元,调换一台设备厂方需花费300元。试求厂方出售一台设备净赢利的数学期望。1_1_2_1解:一台设备在一年内损坏的概率为PXl=wJe丁公=一,1o=l-7jI故PX1=1-PX1=1-(1-7)=d设y表示出售一台设备的净赢利,那么y = g(X)=(-300100)=-200,Xl100,Xl_I-I-L故E(P)=(-200)PX1+100PX1=-200+20Oe4+100e4=300e200=33.64。注:此题为随机变量函数的期望的计算。10、设随机变量
6、X的概率密度为/(x)=, y50,其它求E(XY)o解:由于X和y相互独立,2xy2xeiy 5)dydx = -6 = 4。88OO8所以E(Xy)=Jxyf(x,y)dxdy=xy,x)2(y)dxdy=-OO-V,解得2=2,2=0(舍去),1!2!所以E(X)=O(X)=4=2。2、以下命题错误的选项是()(八)假设XP(八),那么E(X)=D(X)=4;(3)假设X服从参数为2的指数分布,那么E(X)=O(X)=L,(C)假设XBQM,那么E(X)=,D(X)=6(1-):21I2(O)假设X服从区间口,加上的均匀分布,那么E(2)=幺+1一解:由于假设X服从参数为/1的指数分布,
7、那么E(X)=?,O(X)=二,所以错误的命题是(3)。A3、设乂,乂2,X是相互独立的随机变量,且都服从正态分布N(,)(cO),那么区=LXXj服从的分布是。ni=解:由于x,Xz,x是相互独立的随机变量,且都服从正态分布,根据正态分布的线性组合仍服从正态分布,故又二L之Xj服从正态分布;根据期望和方差的性质,得E(X)=(-X,)=-(X,)=-A=AnZ=Ini=l1=111n1n2D(X)=D(-X,-)=4D(Xl)=42=-,Fi=l1=1_1n2综上,可得又=一演,一)。,=I注:此题与总习题四中的30题类似。5、设随机变量X服从泊松分布,且3PX=l+2PX=2=4PX=0,
8、求X的期望与方差。a12j解:设XP(l),由题意得3-e”+2-e-=4e-整理得4?+34-4=0,解得;1=1,1!2!0!=-4(舍去),所以E(X)=Z)(X)=N=L注:此题与本节第1题类似。6、设甲、乙两家灯泡厂生产的灯泡的寿命(单位:小时)X和y的分布律分别为X90010001100Pi0.10.80.1Y95010001050P10.30.40.3试问那家工厂生产的灯泡质量较好?提示:先比拟数学期望,假设相等,再比拟方差。期望越大质量越好;期望相同,那么方差越小,质量越好解:E(X)=9000.1+100.8+ll0.1=l(X)0,E(K)=950-0.3I(XX)0.4+
9、10500.3=l(XX),E(2)=9OO20.1+l0002O.8+11OO2O.1=1002000,EOr2)=95020.3+100020.4+lO5O20.3=1001500,D(X)=E(X2)-E(X)f=002000-1OOO2=2000,D(K)=E(y2)-E(V)2=115-100O2=1500,由于E(X)=E(Y),且。(Y)VD(X),所以乙家工厂生产的灯泡质量较好。7、Xb(t,p),且E(X)=3,D(X)=2,试求X的所有可能取值,并计算PX8Al,E(X)=plnp=3解:由Xb(,),得,又由于E(X)=3,0(X)=2,即/,D(X)=叩Q-P)p(1-
10、P)=2解得=9,P=;,所以X的所有可能取值为0,1,2,9,所以PXK8=1-PX=9=l-C;g)9=l-(;)9。8、设XN(1,2),Y服从参数为3的泊松分布,且X与丫独立,求O(X丫)。解:据题意得,E(X)=I,5X)=2,E(Y)=D(Y)=3,由于O(X)=E(X2)_(x)f,即E(X2)=D(X)+E(X)2f故E(2)=2+F=3,(K2)=3+32=12,又由于X与y独立,所以=312-1232=27o9、设随机变量Xja=L2,3,4)相互独立,且EXj=i,OXj=5-i;设Y=2X-X?+8X3-OSX,,求E(V)iD(Y)o提示:利用期望和方差的性质宜接计算
11、即可。解:据题意知,E(y)=E(2X1-X2+3X3-0.5X4)=2E(X1)-E(X2)+3E(X3)-0.5F(X4)=2l-2+33-0.54=7,=22(5-l)+(5-2)+32(5-3)+0.52(5-4)=37.2510、5家商店联营,每两周售出的产品的数量记为Xja=L2,3,4,5),且相互独立,其中X17V(200,225),X2V(240,240),X3N(180,225),X4N(260,2625),XT(300,270),(1)求5家商店两周的总销量的均值和方差;(2)商店每两周进货一次,为了使新的供货到达前商店不会脱销的概率大于0.99,问商店的仓库应至少储存该
12、产品多少千克?解:设5家商店两周的总销量为为丫,那么y=X+X2+X5(1)EY=EXi+EX2+EX5=12(X);DY=DX1+DX2+DX5=1225,且Y(12()(),352)(2)设商店的仓库应至少储存该产品加千克那么由题意PYm0.99=片丫*皿勺;00.99=6(;。)0.99,查标准正态分布表,(2.32)=0.9898,(2.33)=0.9901,w-1202.33,解得机1281.55。即商店的仓库应至少储存35该产品1281.55千克。11、设X,Xz,X“独立同分布与e,求Z=min(X,X2,X”)的期望与方差。1 pxr解:因为XjE(I),所以尸(X)=40,x
13、0-exrOenxr0所以苴(X)=I-口一/(切=4,fzx=,即Ze5),0,x00,x0所以EZ=I/MoZ=I/。注:此题应先求出Z的概率密度函数。习题4.31、设(x,y)服从二维正态分布,那么以下条件中不是x,y相互独立的充分必要条件是()(八)X,Y不相关;(B)E(Xy)=E(X)E(Y);(C)Cou(XI)=O;(D)E(X)=E(11=O解:由于二维正态分布X,丫相互独立的充要条件是x,y不相关,而x,y不相关,根据相关系数的定义知Coy(X,Y)=0,而CONX,Y)=0,根据协方差的常用公式知,E(Xy)=E(X)E(Y)。选择(D)。2、设X服从参数为2的泊松分布,
14、y=3X-2,试求E(y),D(y),Coy(X,丫)及PX丫。解:据题意知,E(X)=O(X)=2,据期望利方差的性质,知E(y)=E(3X-2)=3E(X)-2=32-2=4,D(Y)=D(3X-2)=32D(X)+D(2)=32-2+0=18,E(Xy)=E(X(3X-2)=E(322X)=3E(2)-2f(X)=3O(X)+(E(X)2-2E(X)=3(2+22)-22=14,所以,Cov(X1Y)=E(XY)-E(X)E(Y)=14-2-4=6,_c(x,y)_6_PxYD(XyD(r)218c3、设随机变量X的方差D(X)=I6,随机变量丫的方差D(Y)=25,又X与V的相关系数P
15、Xy=O.5,求D(X+Y)与Z)(X-丫)。解:zx+Y)=O(X)+D(y)+2Cbv(X,Y)=D(X)+D(Y)+2%眄X)JD(Y)=16+25+20.5625=61,=16+25-20.51625=21o注:此题主要考察方差的性质。4、设(X,y)服从单位圆域G:/+y24上的均匀分布,证明,y不相关。-,X2 + y2 1 0, 其它由于0y =Cov(X9Y)D(X)D(y)E(XY)-E(X)E(Y) _JO(X)向打故X,Y不相关。证:据题意知,(X,y)的概率密度函数为/(x,y)=5、设100件产品中的一、二、三等品率分别为0.8,0.1和0.1。现从中随机地取1件,并
16、记Xi =,1,0,取得i等品其它i = 1,2,3,求Qx/2。解:据题意知,PX1=l=0.8,PX2=1=O.1,PX3=1=O.1,E(X1)=0.8,D(X1)=0.80.2=0.16,E(X2)=OJ,D(X2)=0.10.9=0.09,E(X3)=OJ,D(X3)=0.10.9=0.09,由于从中随机地取1件不可能同时取到一、二等品,故E(XX2)=0,Cov(XiY)E(XY)-E(X)E(Y)0-0.80.12JtT以,PXY-/=_i三=i=/:=/OD(X)D(r)D(X)D(y)00936、设XN(,,),Y-N(,2)f且X,Y相互独立。试求Z=X+/丫和Z?=X-6
17、丫的相关系数(其中,是不为零的常数)。解:由于X,Y相互独立,故CmZ,Z2)=E(Z1Z2)-E(Z1)E(Z2)=E(aX+Y)(aX-Y)-EaX+Y)E(aX-Y)=a2E(X2)-a2(E(X)2-2E(Y2)-2(E(Y)2=a2D(X)-2D(Y)=(a2-2)2tD(Zl)=D(aX+Y)=a2D(X)+2D(Y)=(a2+2)2fD(Z2)=D(aX-Y)=a1D(X)+1D(Y)=(a2+1)2,故 Pz1z2Cov(ZpZ2)=(a2-2)2=(a2-)ybzybz2(a2+72)2(a2+2)7、设随机变量(X;)具有概率密度F(X,y)=0,0x2,0y2其它求E(X
18、),E(YCov(X,Y)fp,O(X+丫).解:E(X)=匚xf(xfy)dxdy=可;x(x+y)dy=,eg)=YXdy=J;矶y)y=,,77Cov(X9Y)=E(X-)(Y-)66=匚匚(工-永丫一6/“,).)=5公5*一/).a+y)y=一5O(X)=E(X2)_e(x)2=jwgx+y)折弓)=Al,D(Y)= E(Y2)-IE(Y)Y = J;dxy2 (X + y)dy-1136PxyCov(X,Y)=36=14dx4dyJIil36D(X+y)=D(X)+D(Y)+2C(X,y)=+2(-=f,36363698、设随机变量(x,y)的分布律为试验证X和y不相关,且X和丫不
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