二随机变量函数的分布.PPTVIP

* * 一、问题的提出 在实际中，人们常常对随机变量的函数 更感兴趣. 例如，已知圆轴截面直径 d 的分布， 求截面面积 A= 的分布. 第二章第四节 随机变量函数的分布 又如：已知t=t0 时刻噪声电压 V的分布， 求功率 W=V2/R (R为电阻）的分布等. 一般地、设随机变量X 的分布已知，Y=g (X) (设g是连续函数），如何由 X 的分布求出 Y 的分布？ 这个问题无论在实践中还是在理论上都是重要的. 二、离散型随机变量函数的分布 解： 当 X 取值 1，2，5 时， Y 取对应值 5，7，13， 例1 设X 求 Y= 2X + 3 的概率函数. ～ 而且X取某值与Y取其对应值是两个同时发生 的事件，两者具有相同的概率. 故 如果g(xk)中有一些是相同的，把它们作适当 并项即可. 一般，若X是离散型 r.v ，X的概率函数为 X ～ 则 Y=g(X) ～ 如： X ～ 则 Y=X2 的概率函数为： Y ～ 三、连续型随机变量函数的分布 解：设Y的分布函数为 FY(y)， 例2 设 X ~ 求 Y=2X+8 的概率密度. FY(y)=P{ Y y } = P (2X+8 y ) =P{ X } = FX( ) 于是Y 的密度函数 故 注意到 0 x 4 时， 即 8 y 16 时， 此时 Y=2X+8 例3 设 X 具有概率密度 ,求Y=X2的概率密度. 求导可得 当 y0 时, 注意到 Y=X2 0，故当 y 0时， 解： 设Y和X的分布函数分别为 和 ， 若 则 Y=X2 的概率密度为： 从上述两例中可以看到，在求P(Y≤y) 的过程中，关键的一步是设法从{ g(X) ≤ y }中解出X,从而得到与 {g(X) ≤ y }等价的X的不等式 . 例如，用 代替 {2X+8 ≤ y } { X } 用 代替{ X2 ≤ y } 这样做是为了利用已知的 X的分布，从而求出相应的概率. 这是求r.v的函数的分布的一种常用方法. 例4 设随机变量X的概率密度为 求Y=sinX的概率密度. 当 y 0时, 当 y 1时, 当 时 故 解：注意到, =P(0 X arcsiny)+P( - arcsiny X ） 当0y1时, 而 求导得: 例5 已知随机变量X的分布函数F(x)是严格单调的连续函数, 证明Y=F(X)服从[0,1]上的均匀分布. 又由于X的分布函数F是严格递增的连续函数, 其反函数 F-1 存在且严格递增. 证明: 设Y的分布函数是G(y), 于是 对y1, G(y)=1; 对y0 , G(y)=0; 由于 对0≤y≤1, G(y)=P(Y≤ y) =P(F(X)≤ y) =P(X ≤ (y)) =F( (y))= y 即Y的分布函数是 求导得Y的密度函数 可见, Y 服从[0，1]上的均匀分布. 本例的结论在计算机模拟中有重要的应用. 下面给出一个定理，在满足定理条件时可直接用它求出随机变量函数的概率密度 . 其中， 此定理的证明与前面的解题思路类似. x=h(y)是y=g(x)的反函数 定理 设 X是一个取值于区间[a,b]，具有概率 密度 f(x)的连续型r.v,又设y=g(x)处处可导，且 对于任意x, 恒有 或恒有 ，则 Y=g(X)是一个连续型r.v，它的概率密度为 例6 设随机变量X在(0,1)上服从均匀分布，求Y=-2lnX的概率密度. 解： 在区间(0,1)上,函数lnx0, 故 y=-2lnx0, 于是 y在区间(0,1)上单调下降，有反函数 由前述定理得 注意取 绝对值 已知X在(0,1)上服从均匀分布， 代入 的表达式中 得 即Y服从参数为1/2的指数分布. 对于连续型随机变量，在求Y=g(X) 的分布时，关键的一步是把事件 { g(X)≤ y } 转化为X在一定范围内取值的形式，从而可以利用 X 的分布来求 P {