5.设X_(1),X_(2),...,X_(n)是来自总体N(mu,sigma^2)的样本,其样本均值与样本方差分别为overline(X),S^2,求E(overline(X)+S^2),D(overline(X)+S^2).
题目解答
答案
为了解决这个问题,我们需要找到样本均值与样本方差之和的期望值和方差。设样本均值为$\overline{X}$,样本方差为$S^2$。样本均值和样本方差分别定义为:
$\overline{X} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i$
$S^2 = \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2$
已知$X_1, X_2, \ldots, X_n$是来自正态分布总体$N(\mu, \sigma^2)$的样本,我们有以下性质:
- 样本均值$\overline{X}$的期望值为$\mu$,方差为$\frac{\sigma^2}{n}$。
- 样本方差$S^2$的期望值为$\sigma^2$,方差为$\frac{2\sigma^4}{n-1}$。
- 样本均值$\overline{X}$和样本方差$S^2$是独立的。
我们需要找到$E(\overline{X} + S^2)$和$D(\overline{X} + S^2)$。
第一步:计算期望值$E(\overline{X} + S^2)$
利用期望值的线性性质,我们有:
$E(\overline{X} + S^2) = E(\overline{X}) + E(S^2)$
代入已知值:
$E(\overline{X} + S^2) = \mu + \sigma^2$
第二步:计算方差$D(\overline{X} + S^2)$
利用独立随机变量方差的性质,我们有:
$D(\overline{X} + S^2) = D(\overline{X}) + D(S^2)$
代入已知值:
$D(\overline{X}) = \frac{\sigma^2}{n}$
$D(S^2) = \frac{2\sigma^4}{n-1}$
因此:
$D(\overline{X} + S^2) = \frac{\sigma^2}{n} + \frac{2\sigma^4}{n-1}$
最终答案
期望值和方差为:
$E(\overline{X} + S^2) = \mu + \sigma^2$
$D(\overline{X} + S^2) = \frac{\sigma^2}{n} + \frac{2\sigma^4}{n-1}$
因此,最终答案为:
$\boxed{\mu + \sigma^2, \frac{\sigma^2}{n} + \frac{2\sigma^4}{n-1}}$
解析
考查要点:本题主要考查样本均值与样本方差的性质,以及期望和方差的计算。
解题核心思路:
- 利用期望的线性性质,直接相加样本均值和样本方差的期望;
- 利用方差的性质,结合正态分布下样本均值与样本方差的独立性,计算方差之和。
关键点:
- 样本均值$\overline{X}$的期望为$\mu$,方差为$\frac{\sigma^2}{n}$;
- 样本方差$S^2$的期望为$\sigma^2$,方差为$\frac{2\sigma^4}{n-1}$;
- $\overline{X}$与$S^2$独立,因此方差可直接相加。
期望的计算
根据期望的线性性质:
$E(\overline{X} + S^2) = E(\overline{X}) + E(S^2) = \mu + \sigma^2.$
方差的计算
由于$\overline{X}$与$S^2$独立,方差可分解为:
$D(\overline{X} + S^2) = D(\overline{X}) + D(S^2).$
代入已知结果:
$D(\overline{X}) = \frac{\sigma^2}{n}, \quad D(S^2) = \frac{2\sigma^4}{n-1},$
因此:
$D(\overline{X} + S^2) = \frac{\sigma^2}{n} + \frac{2\sigma^4}{n-1}.$