题目
设X_1, X_2, ldots, X_n服从N(mu, sigma),则X的均数服从A. N((mu)/(n), sigma^2)B. N(mu, (sigma^2)/(n))C. N((mu)/(n), (sigma^2)/(n))D. N((mu)/(n), (sigma^2)/(n^2))E. N(mu, sigma)
设$X_1, X_2, \ldots, X_n$服从$N(\mu, \sigma)$,则$X$的均数服从
A. $N(\frac{\mu}{n}, \sigma^2)$
B. $N(\mu, \frac{\sigma^2}{n})$
C. $N(\frac{\mu}{n}, \frac{\sigma^2}{n})$
D. $N(\frac{\mu}{n}, \frac{\sigma^2}{n^2})$
E. $N(\mu, \sigma)$
题目解答
答案
B. $N(\mu, \frac{\sigma^2}{n})$
解析
本题考查正态分布的性质以及样本均值的分布。解题思路是先明确样本均值的定义,再根据正态分布的性质求出样本均值的均值和方差,进而确定样本均值的分布。
- 首先明确样本均值的定义:
已知样本均值$\bar{X}=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}X_{i}$,其中$X_1,X_2,\ldots,X_n$服从$N(\mu,\sigma^2)$(这里题目中$N(\mu,\sigma)$应是$N(\mu,\sigma^2)$的笔误,正态分布的完整表示为$N(\mu,\sigma^2)$,$\mu$是均值,$\sigma^2$是方差)。 - 然后根据正态分布的性质求$\sum_{i = 1}^{n}X_{i}$的分布:
因为$X_1,X_2,\ldots,X_n$是独立同分布的正态随机变量,根据正态分布的可加性,独立正态随机变量的和仍然服从正态分布。
对于独立同分布的随机变量$X_1,X_2,\ldots,X_n$,有$E(\sum_{i = 1}^{n}X_{i})=\sum_{i = 1}^{n}E(X_{i})$,由于$E(X_{i})=\mu$($i = 1,2,\ldots,n$),所以$E(\sum_{i = 1}^{n}X_{i})=n\mu$。
同理,$Var(\sum_{i = 1}^{n}X_{i})=\sum_{i = 1}^{n}Var(X_{i})$,因为$Var(X_{i})=\sigma^2$($i = 1,2,\ldots,n$),所以$Var(\sum_{i = 1}^{n}X_{i})=n\sigma^2$。
因此,$\sum_{i = 1}^{n}X_{i}\sim N(n\mu,n\sigma^2)$。 - 接着求$\bar{X}$的均值和方差:
- 求$\bar{X}$的均值:
根据期望的性质$E(aY)=aE(Y)$($a$为常数,$Y$为随机变量),对于$\bar{X}=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}X_{i}$,有$E(\bar{X})=E(\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}X_{i})=\frac{1}{n}E(\sum_{i = 1}^{n}X_{i})$。
将$E(\sum_{i = 1}^{n}X_{i})=n\mu$代入上式,可得$E(\bar{X})=\frac{1}{n}\times n\mu=\mu$。 - 求$\bar{X}$的方差:
根据方差的性质$Var(aY)=a^2Var(Y)$($a$为常数,$Y$为随机变量),对于$\bar{X}=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}X_{i}$,有$Var(\bar{X})=Var(\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}X_{i})=(\frac{1}{n})^2Var(\sum_{i = 1}^{n}X_{i})$。
将$Var(\sum_{i = 1}^{n}X_{i})=n\sigma^2$代入上式,可得$Var(\bar{X})=(\frac{1}{n})^2\times n\sigma^2=\frac{\sigma^2}{n}$。
- 求$\bar{X}$的均值:
- 最后确定$\bar{X}$的分布:
因为$\bar{X}$的均值为$\mu$,方差为$\frac{\sigma^2}{n}$,且$\bar{X}$是正态随机变量的线性组合,所以$\bar{X}$服从正态分布$N(\mu,\frac{\sigma^2}{n})$。