例1 设随机变量(X,Y)在区域D=(x,y)mid xgeqslant 0,ygeqslant 0,x+yleqslant 1上服从均匀分布,(X,Y)的分布函数为F(x,y),则F((1)/(2),y)=(3)/(4)成立,y的充要条件是____.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查二维均匀分布的联合分布函数计算,以及分情况讨论积分区域的能力。
解题核心思路:
- 确定区域形状:区域$D$是直角三角形,顶点为$(0,0)$、$(1,0)$、$(0,1)$,面积为$\frac{1}{2}$,故联合概率密度函数$f(x,y)=2$。
- 分段讨论$y$的取值范围:根据$y$的不同区间,积分区域会变化,需分情况计算$F\left(\frac{1}{2}, y\right)$。
- 关键点:当$y \geq 1$时,积分区域覆盖所有满足$x \leq \frac{1}{2}$的部分,概率恒为$\frac{3}{4}$。
分情况讨论$F\left(\frac{1}{2}, y\right)$
当$y \leq 0$时
此时$Y \leq y$的概率为$0$,故$F\left(\frac{1}{2}, y\right) = 0$。
当$0 < y \leq \frac{1}{2}$时
积分区域为矩形$x \in [0, \frac{1}{2}]$,$y \in [0, y]$,面积为$\frac{1}{2} \cdot y$,概率为:
$F\left(\frac{1}{2}, y\right) = 2 \cdot \frac{1}{2} \cdot y = y$
此时$F\left(\frac{1}{2}, y\right) \leq \frac{1}{2}$,无法等于$\frac{3}{4}$。
当$\frac{1}{2} < y \leq 1$时
积分区域分为两部分:
- 下部分:$x \in [0, \frac{1}{2}]$,$y \in [0, \frac{1}{2}]$,面积为$\frac{1}{4}$。
- 上部分:$x \in [0, 1 - y]$,$y \in [\frac{1}{2}, y]$,面积为$\int_{\frac{1}{2}}^{y} (1 - y) \, dy$。
总概率为:
$F\left(\frac{1}{2}, y\right) = 2 \left[ \frac{1}{4} + \int_{\frac{1}{2}}^{y} (1 - y) \, dy \right] = 2 \left[ \frac{1}{4} + \left( y - \frac{y^2}{2} - \frac{1}{4} + \frac{1}{8} \right) \right]$
化简得:
$F\left(\frac{1}{2}, y\right) = -y^2 + 2y - \frac{1}{4}$
令其等于$\frac{3}{4}$,解得$y = 1$。
当$y > 1$时
此时积分区域覆盖所有$x \leq \frac{1}{2}$的部分,概率恒为$\frac{3}{4}$。