题目
26 判断 (1分) 若(X,Y)在矩形区域内服从均匀分布,则X与Y相互独立. bigcircA.× bigcircB.√
26 判断 (1分) 若(X,Y)在矩形区域内服从均匀分布,则X与Y相互独立. $\bigcirc$A.× $\bigcirc$B.√
题目解答
答案
若 $(X, Y)$ 在矩形区域内服从均匀分布,且该矩形与坐标轴对齐(即边界平行于 $x$-轴和 $y$-轴),则联合概率密度函数在矩形内为常数。此时,边缘概率密度函数分别为 $X$ 和 $Y$ 在各自区间内的均匀分布。由于联合密度等于边缘密度的乘积,即 $f(x, y) = f_X(x) \cdot f_Y(y)$,故 $X$ 与 $Y$ 相互独立。 题目未明确矩形是否倾斜,通常默认与坐标轴对齐,故答案为: \[ \boxed{B} \]
解析
本题考查二维均匀分布以及随机变量相互独立的知识点。解题思路是先明确二维均匀分布的概率密度函数形式,再根据矩形区域的特点求出边缘概率密度函数,最后判断联合概率密度函数是否等于边缘概率密度函数的乘积,以此来确定随机变量$X$与$Y$是否相互独立。
设$(X,Y)$在矩形区域$D=\{(x,y):a\leqslant x\leqslant b,c\leqslant y\leqslant d\}$上服从均匀分布,这里矩形区域与坐标轴对齐。
- 首先求$(X,Y)$的联合概率密度函数$f(x,y)$:
根据二维均匀分布的定义,若$(X,Y)$在区域$D$上服从均匀分布,则其联合概率密度函数为$f(x,y)=\begin{cases}\frac{1}{S_D},&(x,y)\in D\\0,&(x,y)\notin D\end{cases}$,其中$S_D$是区域$D$的面积。
对于矩形区域$D=\{(x,y):a\leqslant x\leqslant b,c\leqslant y\leqslant d\}$,其面积$S_D=(b - a)(d - c)$,所以$f(x,y)=\begin{cases}\frac{1}{(b - a)(d - c)},&a\leqslant x\leqslant b,c\leqslant y\leqslant d\\0,&\text{其他}\end{cases}$。 - 然后求$X$的边缘概率密度函数$f_X(x)$:
根据边缘概率密度函数的定义$f_X(x)=\int_{-\infty}^{+\infty}f(x,y)dy$。
当$a\leqslant x\leqslant b$时,$f_X(x)=\int_{c}^{d}\frac{1}{(b - a)(d - c)}dy=\frac{1}{b - a}\int_{c}^{d}dy=\frac{1}{b - a}[y]_c^d=\frac{1}{b - a}(d - c)\times\frac{1}{d - c}=\frac{1}{b - a}$;
当$x\lt a$或$x\gt b$时,$f(x,y)=0$,所以$f_X(x)=\int_{-\infty}^{+\infty}0dy = 0$。
即$f_X(x)=\begin{cases}\frac{1}{b - a},&a\leqslant x\leqslant b\\0,&\text{其他}\end{cases}$,这表明$X$在区间$[a,b]$上服从均匀分布。 - 接着求$Y$的边缘概率密度函数$f_Y(y)$:
根据边缘概率密度函数的定义$f_Y(y)=\int_{-\infty}^{+\infty}f(x,y)dx$。
当$c\leqslant y\leqslant d$时,$f_Y(y)=\int_{a}^{b}\frac{1}{(b - a)(d - c)}dx=\frac{1}{d - c}\int_{a}^{b}dx=\frac{1}{d - c}[x]_a^b=\frac{1}{d - c}(b - a)\times\frac{1}{b - a}=\frac{1}{d - c}$;
当$y\lt c$或$y\gt d$时,$f(x,y)=0$,所以$f_Y(y)=\int_{-\infty}^{+\infty}0dx = 0$。
即$f_Y(y)=\begin{cases}\frac{1}{d - c},&c\leqslant y\leqslant d\\0,&\text{其他}\end{cases}$,这表明$Y$在区间$[c,d]$上服从均匀分布。 - 最后判断$X$与$Y$是否相互独立:
计算$f_X(x)\cdot f_Y(y)$,当$a\leqslant x\leqslant b$且$c\leqslant y\leqslant d$时,$f_X(x)\cdot f_Y(y)=\frac{1}{b - a}\cdot\frac{1}{d - c}=\frac{1}{(b - a)(d - c)}=f(x,y)$;当$(x,y)$不在矩形区域$D$内时,$f_X(x)\cdot f_Y(y)=0 = f(x,y)$。
所以$f(x,y)=f_X(x)\cdot f_Y(y)$,根据随机变量相互独立的定义可知$X$与$Y$相互独立。
在一般情况下,若题目未明确矩形是否倾斜,通常默认矩形与坐标轴对齐,所以该命题正确。