5.设X1,X2,···,Xn是来自总体N(μ,σ^2)的样本,令 =dfrac ((n-1){S)^2}({sigma )^2} ,则Y所服-|||-从的分布为- -----|||-__ ()-|||-(A)x^2(n); (B)N(u,σ^2); (C) ^2(n-1) : (D) (mu ,(sigma )^2ln .

题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查样本方差的分布以及卡方分布的定义与性质。
解题核心思路:
当总体服从正态分布$N(\mu, \sigma^2)$时,统计量$(n-1)S^2/\sigma^2$服从自由度为$n-1$的卡方分布。关键在于理解样本方差$S^2$的构造形式及其与卡方分布的联系。
破题关键点:
- 样本方差公式:$S^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2$,其中$\overline{X}$为样本均值。
- 卡方分布的定义:若$Z_1, Z_2, \dots, Z_n$独立且服从标准正态分布,则$\sum_{i=1}^n Z_i^2 \sim \chi^2(n)$。
- 推导关系:将样本数据标准化后,利用正态变量的平方和性质,可得$(n-1)S^2/\sigma^2 \sim \chi^2(n-1)$。
步骤1:明确样本方差的表达式
样本方差$S^2$的计算公式为:
$S^2 = \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2$
其中$\overline{X} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^n X_i$是样本均值。
步骤2:标准化样本方差
将$S^2$标准化后得到:
$Y = \frac{(n-1)S^2}{\sigma^2} = \frac{\sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2}{\sigma^2}$
步骤3:构造正态变量的平方和
令$Z_i = \frac{X_i - \mu}{\sigma}$,则$Z_i \sim N(0,1)$。进一步定义:
$\sum_{i=1}^n \left( \frac{X_i - \mu}{\sigma} \right)^2 = \sum_{i=1}^n Z_i^2 \sim \chi^2(n)$
但注意到$\sum_{i=1}^n (X_i - \mu)^2 = \sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2 + n(\overline{X} - \mu)^2$,因此:
$\sum_{i=1}^n \left( \frac{X_i - \overline{X}}{\sigma} \right)^2 = \frac{\sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2}{\sigma^2} = Y \sim \chi^2(n-1)$
这是因为$\sum_{i=1}^n Z_i^2$中有一个自由度被样本均值$\overline{X}$消耗,最终自由度为$n-1$。
结论:$Y \sim \chi^2(n-1)$,对应选项C。