题目
设随机变量 X 的数学期望 E(X)=mu 和方差 D(X)=sigma^2 均存在,则下列结论不正确的是( )。A. 对于任意正数 varepsilon,恒有 P|X-mu|geqvarepsilonleq(sigma^2)/(varepsilon^2);B. 对于任意正数 varepsilon,恒有 P|X-mu|C. PXin(mu-varepsilon,mu+varepsilon)geq1-(sigma^2)/(varepsilon^2);D. PXin(mu-varepsilon,mu+varepsilon)leq(sigma^2)/(varepsilon^2);
设随机变量 $X$ 的数学期望 $E(X)=\mu$ 和方差 $D(X)=\sigma^2$ 均存在,则下列结论不正确的是( )。
A. 对于任意正数 $\varepsilon$,恒有 $P\{|X-\mu|\geq\varepsilon\}\leq\frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$;
B. 对于任意正数 $\varepsilon$,恒有 $P\{|X-\mu|<\varepsilon\}\geq1-\frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$;
C. $P\{X\in(\mu-\varepsilon,\mu+\varepsilon)\}\geq1-\frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$;
D. $P\{X\in(\mu-\varepsilon,\mu+\varepsilon)\}\leq\frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$;
题目解答
答案
D. $P\{X\in(\mu-\varepsilon,\mu+\varepsilon)\}\leq\frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$;
解析
本题考查切比雪夫不等式的相关知识。切比雪夫不等式是概率论中的一个重要不等式,它给出了随机变量偏离其数学期望的概率的一个上界,通过该不等式可以对随机变量的取值范围进行概率估计。解题的关键在于理解切比雪夫不等式的形式以及其等价变形,并据此对各个选项进行分析判断。
切比雪夫不等式
设随机变量 $X$ 的数学期望 $E(X)=\mu$ 和方差 $D(X)=\sigma^2$ 均存在,则对于任意正数 $\varepsilon$,有 $P\{|X - \mu| \geq \varepsilon\} \leq \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$。
对各选项的分析
- 选项A:
该选项内容为 $P\{|X - \mu| \geq \varepsilon\} \leq \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$,这正是切比雪夫不等式的标准形式,所以选项A正确。 - 选项B:
因为事件 $\{|X - \mu| < \varepsilon\}$ 与事件 $\{|X - \mu| \geq \varepsilon\}$ 是对立事件,根据对立事件的概率性质,即 $P(A)+P(\overline{A}) = 1$,这里 $A=\{|X - \mu| < \varepsilon\}$,$\overline{A}=\{|X - \mu| \geq \varepsilon\}$,所以 $P\{|X - \mu| < \varepsilon\} = 1 - P\{|X - \mu| \geq \varepsilon\}$。
由切比雪夫不等式 $P\{|X - \mu| \geq \varepsilon\} \leq \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$,可得 $1 - P\{|X - \mu| \geq \varepsilon\} \geq 1 - \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$,即 $P\{|X - \mu| < \varepsilon\} \geq 1 - \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$,所以选项B正确。 - 选项C:
由于 $\{|X - \mu| < \varepsilon\}$ 等价于 $\{-\varepsilon < X - \mu < \varepsilon\}$,进一步等价于 $\{\mu - \varepsilon < X < \mu + \varepsilon\}$,也就是 $\{X \in (\mu - \varepsilon, \mu + \varepsilon)\}$。
由选项B的分析可知 $P\{|X - \mu| < \varepsilon\} \geq 1 - \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$,所以 $P\{X \in (\mu - \varepsilon, \mu + \varepsilon)\} \geq 1 - \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$,选项C正确。 - 选项D:
由选项C可知 $P\{X \in (\mu - \varepsilon, \mu + \varepsilon)\} \geq 1 - \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$,而 $1 - \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$ 并不一定小于等于 $\frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$,所以 $P\{X \in (\mu - \varepsilon, \mu + \varepsilon)\} \leq \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2}$ 这个结论是不正确的,选项D错误。