题目
5.设X1,X2,X3,X4是总体 sim N(0,1) 的简单随机样本,则 =dfrac (sqrt {3)(X)_(1)}(sqrt {{{X)_(2)}^2+({X)_(3)}^2+({X)_(4)}^2}} 服从__ _分-|||-__-|||-布.

题目解答
答案
因为 $X\sim N(0,1)$,所以 $X_1+X_2+X_3+X_4\sim N(0,4)$,所以 $X_1\sim N(0,1)$,$X_2+X_3+X_4\sim N(0,3)$,所以 $Y=\dfrac {\sqrt {3}{X}_{1}}{\sqrt {{{X}_{2}}^{2}+{{X}_{3}}^{2}+{{X}_{4}}^{2}}}\sim t(3)$.
t(3)
t(3)
解析
考查要点:本题主要考查t分布的构造条件,涉及标准正态分布、卡方分布的性质以及独立随机变量的组合形式。
解题核心思路:
- 识别分子和分母的结构:分子为标准正态变量的线性组合,分母为卡方变量的平方根形式。
- 标准化处理:将分子转化为标准正态变量,分母转化为卡方变量除以自由度后的平方根。
- 验证独立性:确认分子与分母对应的随机变量相互独立。
破题关键点:
- 分子部分:$\sqrt{3}X_1$ 可视为标准正态变量的缩放形式,需通过调整使其符合$t$分布的分子要求。
- 分母部分:$X_2^2 + X_3^2 + X_4^2$ 是自由度为3的卡方分布,需提取自由度因子使其符合$t$分布的分母形式。
步骤1:分析分子部分
- $X_1 \sim N(0,1)$,因此 $\sqrt{3}X_1 \sim N(0,3)$。
- 但$t$分布要求分子为标准正态变量,需将分子标准化:
$\frac{\sqrt{3}X_1}{\sqrt{3}} = X_1 \sim N(0,1).$
步骤2:分析分母部分
- $X_2, X_3, X_4$ 独立且服从$N(0,1)$,故 $X_2^2 + X_3^2 + X_4^2 \sim \chi^2(3)$。
- 分母可表示为:
$\sqrt{X_2^2 + X_3^2 + X_4^2} = \sqrt{3 \cdot \frac{X_2^2 + X_3^2 + X_4^2}{3}} = \sqrt{3} \cdot \sqrt{\frac{X_2^2 + X_3^2 + X_4^2}{3}}.$
步骤3:构造$t$分布形式
- 将$Y$改写为:
$Y = \frac{\sqrt{3}X_1}{\sqrt{X_2^2 + X_3^2 + X_4^2}} = \frac{X_1}{\sqrt{\frac{X_2^2 + X_3^2 + X_4^2}{3}}}.$ - 此时,分子$X_1 \sim N(0,1)$,分母$\sqrt{\frac{X_2^2 + X_3^2 + X_4^2}{3}}$对应自由度为3的卡方变量的平方根,且两者独立。
- 根据$t$分布定义,$Y \sim t(3)$。