[1.6]设f(x)为随机变量X的密度函数,若对于常数c有-|||-f(c+x)=f(c-x) , gt 0-|||-且EX存在,试证明 =c.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查概率密度函数的对称性与数学期望的关系,以及变量替换在积分中的应用。
解题核心思路:
题目中给出密度函数$f(x)$关于点$c$对称,即$f(c+x)=f(c-x)$($x>0$)。关键点在于利用对称性简化数学期望的积分表达式。通过变量替换$x = c + t$,将原积分转化为关于$t$的对称积分,进而利用奇偶函数的积分性质得出结果。
破题关键:
- 变量替换:将积分变量从$x$转换为$t = x - c$,使对称性更直观。
- 拆分积分:将数学期望的积分拆分为两部分,分别处理。
- 对称性应用:利用$f(c+t)$的对称性,证明第二部分积分为零。
步骤1:变量替换
设$x = c + t$,则当$x$从$-\infty$到$+\infty$时,$t$也从$-\infty$到$+\infty$。数学期望可表示为:
$\begin{aligned}E(X) &= \int_{-\infty}^{+\infty} x f(x) \, dx \\&= \int_{-\infty}^{+\infty} (c + t) f(c + t) \, dt \quad (\text{变量替换} \, x = c + t).\end{aligned}$
步骤2:拆分积分
将积分拆分为两部分:
$\int_{-\infty}^{+\infty} (c + t) f(c + t) \, dt = c \int_{-\infty}^{+\infty} f(c + t) \, dt + \int_{-\infty}^{+\infty} t f(c + t) \, dt.$
步骤3:计算第一部分积分
第一部分积分是密度函数$f(x)$的归一化积分:
$c \int_{-\infty}^{+\infty} f(c + t) \, dt = c \int_{-\infty}^{+\infty} f(x) \, dx = c \cdot 1 = c.$
步骤4:分析第二部分积分
第二部分积分为:
$\int_{-\infty}^{+\infty} t f(c + t) \, dt.$
利用对称性:由题意$f(c + t) = f(c - t)$(对称性),令$t = -s$,则当$t < 0$时,积分变为:
$\int_{-\infty}^{0} t f(c + t) \, dt = \int_{+\infty}^{0} (-s) f(c - s) (-ds) = \int_{0}^{+\infty} (-s) f(c + s) \, ds.$
因此,原积分可拆分为:
$\int_{0}^{+\infty} t f(c + t) \, dt + \int_{0}^{+\infty} (-t) f(c + t) \, dt = 0.$
结论:
$E(X) = c + 0 = c.$