若随机变量X服从二项分布B(n,p),则E(X)=( )。A. npB. np(1-p)C. n(1-p)D. np/p
A. np
B. np(1-p)
C. n(1-p)
D. np/p
题目解答
答案
解析
本题考查二项分布的期望公式这一知识点。解题思路是直接运用二项分布期望的定义和公式来求解随机变量$X$的期望$E(X)$。
下面我们来详细推导二项分布$B(n,p)$的期望公式:
设随机变量$X$服从参数为$n$和$p$的二项分布,即$X\sim B(n,p)$。二项分布表示在$n$次独立重复试验中,每次试验成功的概率为$p$,$X$表示成功的次数。
根据期望的定义,离散型随机变量$X$的期望$E(X)=\sum_{k = 0}^{n}kP(X = k)$。
对于二项分布,$P(X = k)=C_{n}^{k}p^{k}(1 - p)^{n - k}$,其中$C_{n}^{k}=\frac{n!}{k!(n - k)!}$。
则$E(X)=\sum_{k = 0}^{n}kC_{n}^{k}p^{k}(1 - p)^{n - k}$。
因为当$k = 0$时,$kC_{n}^{k}p^{k}(1 - p)^{n - k}=0$,所以$E(X)=\sum_{k = 1}^{n}kC_{n}^{k}p^{k}(1 - p)^{n - k}$。
又因为$kC_{n}^{k}=k\times\frac{n!}{k!(n - k)!}=\frac{n!}{(k - 1)![(n - 1)-(k - 1)]!}=n\times\frac{(n - 1)!}{(k - 1)![(n - 1)-(k - 1)]!}=nC_{n - 1}^{k - 1}$。
所以$E(X)=\sum_{k = 1}^{n}nC_{n - 1}^{k - 1}p^{k}(1 - p)^{n - k}$。
令$i=k - 1$,则当$k = 1$时,$i = 0$;当$k = n$时,$i = n - 1$。
$E(X)=np\sum_{i = 0}^{n - 1}C_{n - 1}^{i}p^{i}(1 - p)^{(n - 1)-i}$。
根据二项式定理$(a + b)^m=\sum_{i = 0}^{m}C_{m}^{i}a^{i}b^{m - i}$,这里$a = p$,$b = 1 - p$,$m = n - 1$,则$\sum_{i = 0}^{n - 1}C_{n - 1}^{i}p^{i}(1 - p)^{(n - 1)-i}=(p+(1 - p))^{n - 1}=1^{n - 1}=1$。
所以$E(X)=np$。