题目
设随机变量X和Y独立同分布,记U=X+Y,V=X-Y,则U和V()。A. 不相互独立B. 相互独立C. 相关系数不为0D. 相关系数为0
设随机变量$X$和$Y$独立同分布,记$U=X+Y$,$V=X-Y$,则$U$和$V$()。
A. 不相互独立
B. 相互独立
C. 相关系数不为0
D. 相关系数为0
题目解答
答案
D. 相关系数为0
解析
步骤 1:计算协方差
首先,我们计算 $U$ 和 $V$ 的协方差。由于 $U = X + Y$ 和 $V = X - Y$,我们有:
\[ \text{Cov}(U, V) = \text{Cov}(X + Y, X - Y) \]
利用协方差的双线性性质,我们有:
\[ \text{Cov}(X + Y, X - Y) = \text{Cov}(X, X) - \text{Cov}(X, Y) + \text{Cov}(Y, X) - \text{Cov}(Y, Y) \]
由于协方差是对称的,$\text{Cov}(X, Y) = \text{Cov}(Y, X)$,并且已知 $X$ 和 $Y$ 独立,$\text{Cov}(X, Y) = 0$,表达式简化为:
\[ \text{Cov}(X + Y, X - Y) = \text{Var}(X) - \text{Var}(Y) \]
由于 $X$ 和 $Y$ 同分布,$\text{Var}(X) = \text{Var}(Y)$,所以:
\[ \text{Cov}(X + Y, X - Y) = \text{Var}(X) - \text{Var}(X) = 0 \]
步骤 2:相关系数
由于 $U$ 和 $V$ 的协方差为零,这意味着 $U$ 和 $V$ 的相关系数为零。相关系数的定义为:
\[ \rho_{UV} = \frac{\text{Cov}(U, V)}{\sigma_U \sigma_V} \]
由于 $\text{Cov}(U, V) = 0$,所以 $\rho_{UV} = 0$。
步骤 3:独立性
然而,协方差为零并不一定意味着 $U$ 和 $V$ 相互独立。为了确定 $U$ 和 $V$ 是否相互独立,我们需要考虑它们的联合分布。在正态分布的情况下,协方差为零确实意味着独立性,但没有这个假设,我们不能仅从协方差为零就得出独立性的结论。
首先,我们计算 $U$ 和 $V$ 的协方差。由于 $U = X + Y$ 和 $V = X - Y$,我们有:
\[ \text{Cov}(U, V) = \text{Cov}(X + Y, X - Y) \]
利用协方差的双线性性质,我们有:
\[ \text{Cov}(X + Y, X - Y) = \text{Cov}(X, X) - \text{Cov}(X, Y) + \text{Cov}(Y, X) - \text{Cov}(Y, Y) \]
由于协方差是对称的,$\text{Cov}(X, Y) = \text{Cov}(Y, X)$,并且已知 $X$ 和 $Y$ 独立,$\text{Cov}(X, Y) = 0$,表达式简化为:
\[ \text{Cov}(X + Y, X - Y) = \text{Var}(X) - \text{Var}(Y) \]
由于 $X$ 和 $Y$ 同分布,$\text{Var}(X) = \text{Var}(Y)$,所以:
\[ \text{Cov}(X + Y, X - Y) = \text{Var}(X) - \text{Var}(X) = 0 \]
步骤 2:相关系数
由于 $U$ 和 $V$ 的协方差为零,这意味着 $U$ 和 $V$ 的相关系数为零。相关系数的定义为:
\[ \rho_{UV} = \frac{\text{Cov}(U, V)}{\sigma_U \sigma_V} \]
由于 $\text{Cov}(U, V) = 0$,所以 $\rho_{UV} = 0$。
步骤 3:独立性
然而,协方差为零并不一定意味着 $U$ 和 $V$ 相互独立。为了确定 $U$ 和 $V$ 是否相互独立,我们需要考虑它们的联合分布。在正态分布的情况下,协方差为零确实意味着独立性,但没有这个假设,我们不能仅从协方差为零就得出独立性的结论。