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第六章 数理统计的基本概念

选择题​

  1. 设 是取自正态总体 的简单随机样本, 与 分别是样本均值与样本方差,则
A. ;    B. ;
C. ;    D. 。
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答案: D

解析: 由正态总体的抽样分布定理,

所以

又因为样本方差定义为

故

对于正态总体, 与 相互独立,因此 与 相互独立。由 分布的定义,

故选 D。

错误选项分析:

  • (A)缺少因子 。正确结论为
  • (B)缺少因子 。正确结论为
  • (C)缺少因子 。正确结论为

  1. 假设两个正态分布总体 ,, 与 分别是取自总体 和 的相互独立的简单随机样本。 与 分别是其样本均值, 与 分别是其样本方差,则
A. ;
B. ;
C. ;
D. 。
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答案: C

解析: 由两个样本相互独立,且两个总体方差都等于 ,有

从而

同时,正态总体的样本方差满足

且二者相互独立。因此根据 分布的定义,

故选 C。

错误选项分析:

  • (A)方差应为

而不是 。

  • (B)应当是

不能直接把 与 相加。

  • (D)等方差情形下的合并样本方差应为

因此正确的统计量是

题中分母使用了 ,故不正确。

填空题​

  1. 设总体 服从参数为 的0-1分布,则来自总体 的简单随机样本 的概率分布为 。
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答案:

解析: 总体 服从参数为 的0-1分布,即

因为 是简单随机样本,所以它们相互独立且与总体同分布。因此

其中每个 只能取 或 。这就是该简单随机样本的联合概率分布。


  1. 假设总体 服从标准正态分布, 是取自总体 的简单随机样本,则统计量

与

都服从 分布,其分布参数分别为 和 。

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答案: 分布;参数分别为 和 。

解析: 先考察 。由于 相互独立且都服从 ,所以

又因为

且 与 由互不相交的样本变量构成,故相互独立。于是

再考察 。有

且 与 相互独立。因此


  1. 设总体 服从正态分布 ,而 是取自总体 的简单随机样本,则

服从 分布,分布参数为 。

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答案: 分布;分布参数为 。

解析: 令

由于各样本相互独立,并且

所以

且 相互独立。题中统计量可写成

由 分布的定义,


  1. 设总体 与 独立且都服从正态分布 ,已知 与 是分别来自总体 与 的简单随机样本,统计量

服从 分布,则 。

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答案:

解析: 因为

令

则 。同时

由于两个总体及其样本相互独立,故 与 相互独立。于是

而

题设要求 ,故其前面的系数必须为 ,即

两边平方得

所以

计算题与应用题​

  1. 设 是来自总体 的简单随机样本,其均值和方差分别为 与 ,且 ,。(Ⅰ)试求 的概率分布;(Ⅱ)证明:。
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答案: (Ⅰ) 的可能取值为

且

(Ⅱ)

解析: (Ⅰ)令

由于 相互独立,且均服从参数为 的0-1分布,所以

又因为

故当 时,

这就是 的概率分布。

(Ⅱ)由样本方差的定义,

从而

展开平方并利用 ,得

由于0-1变量满足 ,所以

因此


  1. 设正态总体 , 为来自 的简单随机样本,求证:
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答案:

解析: 由正态总体样本均值的分布,

因此标准化变量

服从标准正态分布 。由卡方分布的定义,标准正态变量的平方服从自由度为1的卡方分布,故

另一方面,对于正态总体,有

并且 与 相互独立,所以 与 相互独立。于是

利用性质:若 ,则 ,可得


  1. 设 是来自正态总体 的简单随机样本,求常数 ,使

服从 分布,并求自由度 。

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答案:

解析: 因为各 相互独立且

所以由正态变量线性组合的性质,

于是分别标准化可得

均服从 。又由于它们分别由互不相交的样本变量构成,故彼此独立。因此它们平方之和服从自由度为4的卡方分布:

与题设中的 对照,即得


  1. 设总体 和 相互独立,分别服从 ,。 和 是分别来自 和 的简单随机样本,其样本均值分别为 ,样本方差分别为 。令 ,,,求 。
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答案:

解析: 对于正态总体,样本均值与样本方差相互独立,因此

又因为两组样本相互独立,所以 与由 构成的随机变量 相互独立。于是

而

且由定义恒有

因此


  1. 已知 是来自总体 容量为 的简单随机样本,其均值和方差分别为 与 。

(Ⅰ)如果 ,试证明: 与 的相关系数 ;

(Ⅱ)如果总体 服从正态分布 ,试证明:协方差 。

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答案: (Ⅰ)

(Ⅱ)

解析: (Ⅰ)先求方差。由简单随机样本的独立同分布性,

因此

同理,

当 时,,故

因此相关系数为

(Ⅱ)因为总体均值为0,所以 ,从而

由样本方差恒等式,

因此

随机向量 的联合分布关于原点中心对称。将所有样本同时变为其相反数时, 与 不变,而 变号。因此 和 都是关于该中心对称变换的奇函数,故

所以

即

这里应注意:协方差为0只说明 与 不相关,并不能据此断言二者相互独立。


  1. 设 ,从中抽取16个样本, 为样本方差, 未知,求
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答案:

解析: 由于总体服从正态分布,样本容量为 ,故样本方差满足

令

则 。原概率可化为

查自由度为15的卡方分布表,

这里采用“右尾概率”为下标的记号,即

由于 ,所以

因此


  1. 设总体 , 是来自 的简单随机样本,求下列概率:

(Ⅰ)

(Ⅱ)

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答案: (Ⅰ)

(Ⅱ)

解析: (Ⅰ)由于总体均值 已作为中心使用,故

原事件

两边同乘 ,得到

因此

故

从常用卡方分布表也可近似看出:自由度为16时, 接近左尾概率 的分位点, 接近右尾概率 的分位点,所以该概率约为

(Ⅱ)由于用样本均值 代替了总体均值,损失一个自由度,因此

原事件同样可化为

于是

故

本题两问的关键区别是:以总体均值 为中心时自由度为16;以样本均值 为中心时,由于存在约束

所以自由度降为15。


  1. 设 和 都是来自正态总体 的容量为 的两个相互独立的样本均值,试确定 ,使得两个样本均值之差的绝对值超过 的概率大约为 。
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答案:

解析: 因为两个样本相互独立,且

所以

标准化得

题设要求

于是

令该概率等于 ,则

即

查标准正态分布表得

故

两边平方得

从而

样本容量必须取正整数,因此取最接近的整数

事实上,当 时,

与 很接近。