题目
已知二维随机变量(X,Y)的概率密度为 [ f(x,y)= } (6)/(pi^2 (4+x^2)(9+y^2)), & -infty A. (2)/(pi (4+x^2))B. (3)/(pi (9+x^2))C. (1)/(pi (4+x^2))D. (1)/(pi (9+x^2))
已知二维随机变量$(X,Y)$的概率密度为
$f(x,y)= \begin{cases} \frac{6}{\pi^2 (4+x^2)(9+y^2)}, & -\infty < x < +\infty, -\infty < y < +\infty \\ 0, & \text{其它} \end{cases}$
求X的边缘密度$f_x(x)$。
A. $\frac{2}{\pi (4+x^2)}$
B. $\frac{3}{\pi (9+x^2)}$
C. $\frac{1}{\pi (4+x^2)}$
D. $\frac{1}{\pi (9+x^2)}$
题目解答
答案
A. $\frac{2}{\pi (4+x^2)}$
解析
考查要点:本题主要考查二维随机变量的边缘概率密度的计算方法,以及对标准积分公式的应用能力。
解题核心思路:
- 边缘密度的定义:X的边缘密度$f_X(x)$是对联合密度$f(x,y)$在$y$上积分。
- 积分化简:将与$y$无关的项提出,利用标准积分公式$\int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{a^2 + y^2} dy = \frac{\pi}{a}$完成计算。
- 代数运算:正确处理系数和变量,最终化简得到结果。
破题关键点:
- 识别积分形式:将积分拆分为与$y$无关的部分和仅含$y$的部分。
- 应用标准积分公式:快速匹配题目中的分母形式,确定$a=3$代入公式。
步骤1:写出边缘密度的定义式
根据边缘密度的定义,对联合密度$f(x,y)$关于$y$积分:
$f_X(x) = \int_{-\infty}^{+\infty} f(x,y) \, dy = \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{6}{\pi^2 (4+x^2)(9+y^2)} \, dy.$
步骤2:提取与$y$无关的项
将分母中与$y$无关的部分$(4+x^2)$提出:
$f_X(x) = \frac{6}{\pi^2 (4+x^2)} \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{9+y^2} \, dy.$
步骤3:应用标准积分公式
利用积分公式$\int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{a^2 + y^2} dy = \frac{\pi}{a}$,其中$a=3$:
$\int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{9+y^2} \, dy = \frac{\pi}{3}.$
步骤4:代入并化简
将积分结果代入原式:
$f_X(x) = \frac{6}{\pi^2 (4+x^2)} \cdot \frac{\pi}{3} = \frac{2}{\pi (4+x^2)}.$
结论:最终结果为选项A。