4.1 一维随机变量函数的分布
小题
- 【1993-1-3 分】 设随机变量 服从 上的均匀分布,则随机变量 在 内概率密度函数
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答案:
解析: 因为 ,故
在 上,变换 单调递增,其反函数为 ,且
因此当 时,
在其他范围内,。
大题
- 【1988-1-6 分】 设随机变量 的概率密度函数为
求随机变量 的概率密度函数 。
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解析: 由
可得反函数
该变换在实数范围内一一对应,并且
由一维连续型随机变量函数的密度变换公式,
所以
由于 的值域为全体实数,故 。
- 【1988-45-6 分】 假设随机变量 在区间 上服从均匀分布。试求随机变量 的概率密度 。
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解析: 因为 ,所以
函数 在 上严格递增,反函数为
当 时,
故
- 【1995-1-6 分】 设 的概率密度为
求 的概率密度 。
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解析: 由 可知 ,且反函数为
因此当 时,
当 时,随机变量 不可能取值,故密度为 。
- 【1995-5-7 分】 假设随机变量 服从参数为 的指数分布,证明: 在区间 上服从均匀分布。
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答案: 。
解析: 参数为 的指数分布的分布函数为
由于 ,所以
即 的取值范围为 。
对 ,有
故
这正是区间 上均匀分布的分布函数,因此 。
- 【1997-3-7 分】 假设随机变量 的绝对值不大于 ,,。在事件 出现的条件下, 在 内的任一子区间上取值的条件概率与该子区间长度成正比。试求 的分布函数 。
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解析: 首先,
在条件 下, 在 上均匀分布,因此条件密度为
于是 在 内的无条件连续密度为
分段计算分布函数:
-
当 时,;
-
当 时,应计入点 处的概率质量和区间 内的连续概率:
-
当 时,还要计入点 处的概率质量,故 。
注意在 处分布函数跳跃 ,在 处跳跃 。
- 【2003-34-13 分】 设随机变量 的概率密度为
是 的分布函数。求随机变量 的分布函数。
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即 。
解析: 在 时,
因此
由于 是连续型随机变量,且 在其取值区间上连续严格递增,故对 ,
因此 服从 上的均匀分布。
- 【2006-1-9 分】 设随机变量 的概率密度为
令 , 为二维随机变量 的分布函数。求:
(1) 的概率密度 ;
(2)。
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答案: (1)
(2)
解析: (1)当 时,方程 有两个落在 支持集内的根:
两支反函数的导数绝对值均为
故
当 时,负根 ,不在 的支持集内,只有正根 ,因此
(2)由二维分布函数定义,
在 的支持集上总有 (端点对概率无影响),故事件 不再增加限制。因此
- 【2013-1-11 分】 设随机变量 的概率密度为
令
(1)求 的分布函数;
(2)求概率 。
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答案: (1)
(2)
解析: 先计算两个离散概率质量:
当 时,,故
当 时,,故
当 时,,在 上保留连续密度 。
因此:
-
时,;
-
时,
-
时,计入 处的概率质量后,。
对事件 :
- 当 时,,一定有 ;
- 当 时,,一定有 ;
- 当 时,,不满足 。
故
- 【2023-3-12 分】 设随机变量 的概率密度为
令 。
(1)求 的分布函数;
(2)求 的概率密度;
(3) 的数学期望是否存在。
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答案: (1)
(2)
(3) 不存在(发散为 )。
解析: (1)注意到
且当 时 ,故
(2)由 ,有 ,反函数为 ,且
因此
(3)
将被积函数分解为
其中 发散,而第二项积分收敛,所以原积分发散为 。因此 的数学期望不存在。
- 【2025-13-12 分】 投保人的损失事件发生时,保险公司的赔付额 与投保人的损失额 的关系为
设损失事件发生时,投保人的损失额 的概率密度为
(1)求 及 ;
(2)这种损失事件在一年内发生的次数记为 ,保险公司在一年内就这种损失事件产生的理赔次数记为 。假设 服从参数为 的泊松分布,在 的条件下, 服从二项分布 ,其中 ,求 的概率分布。
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答案: (1)
(2)
即
解析: (1)只有当 时才发生赔付,因此
又 。利用非负随机变量的尾积分公式,
当 时,
故
(2)给定 时,每次损失事件独立地产生理赔的概率为
因此
对 求全概率:
令 ,化简得
所以泊松事件经独立概率 筛选后,理赔次数服从参数 的泊松分布。