某人经营一饮料店,使用A,B两种设备.令X与Y分别为A与B两设备使用的时间比例.设(X,Y)的概率密度为 f(x,y)=} (2)/(3)(x+2y), & 0 leq x leq 1, 0 leq y leq 1 0, & (其他)
某人经营一饮料店,使用A,B两种设备.令X与Y分别为A与B两设备使用的时间比例.设(X,Y)的概率密度为 $f(x,y)=\begin{cases} \frac{2}{3}(x+2y), & 0 \leq x \leq 1, 0 \leq y \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$,则X的边缘概率密度 $f_X(x)=$ ()
A. $f_X(x)=\begin{cases} \frac{4}{3}(x+1), & 0 \leq x \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$
B. $f_X(x)=\begin{cases} \frac{2}{3}x+1, & 0 \leq x \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$
C. $f_X(x)=\begin{cases} \frac{4}{3}x+1, & 0 \leq x \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$
D. $f_X(x)=\begin{cases} \frac{2}{3}(x+1), & 0 \leq x \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$
题目解答
答案
为了求 $X$ 的边缘概率密度 $f_X(x)$,对联合概率密度 $f(x, y)$ 关于 $y$ 积分:
$f_X(x) = \int_{0}^{1} f(x, y) \, dy = \int_{0}^{1} \frac{2}{3}(x + 2y) \, dy$
计算积分:
$\int_{0}^{1} (x + 2y) \, dy = x \int_{0}^{1} 1 \, dy + 2 \int_{0}^{1} y \, dy = x \cdot 1 + 2 \cdot \frac{1}{2} = x + 1$
因此:
$f_X(x) = \frac{2}{3}(x + 1), \quad 0 \leq x \leq 1$
对于其他 $x$,$f_X(x) = 0$。
答案: $\boxed{D}$
解析
本题考查二维随机变量边缘概率密度的计算。解题思路是根据边缘概率密度的定义,对于二维随机变量$(X,Y)$,$X$的边缘概率密度$f_X(x)$是通过对联合概率密度$f(x,y)$关于$y$在其取值范围内进行积分得到的。
已知联合概率密度$f(x,y)=\begin{cases} \frac{2}{3}(x + 2y), & 0 \leq x \leq 1, 0 \leq y \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$。
- 当$0\leq x\leq 1$时:
根据边缘概率密度公式$f_X(x)=\int_{-\infty}^{+\infty}f(x,y)dy$,由于$f(x,y)$在$0\leq y\leq 1$时为$\frac{2}{3}(x + 2y)$,在其他$y$取值时为$0$,所以$f_X(x)=\int_{0}^{1}\frac{2}{3}(x + 2y)dy$。
根据积分的运算法则$\int_{a}^{b}(u(y)+v(y))dy=\int_{a}^{b}u(y)dy+\int_{a}^{b}v(y)dy$,可得:
$f_X(x)=\frac{2}{3}\int_{0}^{1}(x + 2y)dy=\frac{2}{3}(\int_{0}^{1}xdy+\int_{0}^{1}2ydy)$。
因为$x$与$y$无关,所以$\int_{0}^{1}xdy=x\int_{0}^{1}dy$,而$\int_{0}^{1}dy=y\big|_{0}^{1}=1 - 0 = 1$,则$x\int_{0}^{1}dy=x\times1=x$。
又因为$\int_{0}^{1}2ydy=2\times\frac{1}{2}y^2\big|_{0}^{1}=y^2\big|_{0}^{1}=1^2 - 0^2 = 1$。
所以$f_X(x)=\frac{2}{3}(x + 1)$。 - 当$x\lt0$或$x\gt1$时:
由于$f(x,y)=0$,那么$f_X(x)=\int_{-\infty}^{+\infty}f(x,y)dy = 0$。
综上,$X$的边缘概率密度$f_X(x)=\begin{cases} \frac{2}{3}(x + 1), & 0 \leq x \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$。