题目
设二维随机变量((X)^6X)的概率密度为((X)^6X),求:(1)((X)^6X);(2)数学期望((X)^6X);(3)协方差((X)^6X)和相关系数((X)^6X).
设二维随机变量
的概率密度为
,
求:(1)
;
(2)数学期望
;
(3)协方差
和相关系数
.
题目解答
答案
(1)
;(2)X的边缘概率密度函数为
,即
,Y的边缘概率密度函数为
,即
,
,则X与Y相互独立,则
;(3)X与Y相互独立,则协方差
,相关系数
.
解析
考查要点:本题主要考查二维连续型随机变量的联合概率密度、边缘概率密度、数学期望、协方差及相关系数的计算,以及随机变量独立性的判断。
解题思路:
- 概率计算:通过二重积分计算区域概率,需明确积分区域(由不等式$x+y \leq 1$确定的三角形区域)。
- 边缘概率密度:对联合密度函数分别关于$x$和$y$积分,得到$f_X(x)$和$f_Y(y)$。
- 数学期望:利用边缘密度计算$E(X)$和$E(Y)$,若随机变量独立,则$E(XY)=E(X)E(Y)$。
- 协方差与相关系数:利用独立性直接得出协方差为$0$,相关系数也为$0$。
破题关键:
- 积分区域的确定:第(1)问需画出$x+y \leq 1$在单位正方形内的区域。
- 独立性判断:通过验证$f(x,y)=f_X(x)f_Y(y)$判断随机变量是否独立。
第(1)题
目标:计算$P\{X+Y \leq 1\}$。
步骤:
- 确定积分区域:$0 \leq x \leq 1$,$0 \leq y \leq 1-x$。
- 二重积分计算:
$\begin{aligned} P\{X+Y \leq 1\} &= \int_{0}^{1} \int_{0}^{1-x} 2x \, dy \, dx \\ &= \int_{0}^{1} 2x \cdot (1-x) \, dx \\ &= 2 \int_{0}^{1} (x - x^2) \, dx \\ &= 2 \left[ \frac{1}{2}x^2 - \frac{1}{3}x^3 \right]_0^1 \\ &= 2 \left( \frac{1}{2} - \frac{1}{3} \right) = \frac{1}{3}. \end{aligned}$
第(2)题
目标:计算$E(X)$、$E(Y)$、$E(XY)$。
步骤:
- 求边缘密度:
- $f_X(x) = \int_{0}^{1} 2x \, dy = 2x$($0 \leq x \leq 1$)。
- $f_Y(y) = \int_{0}^{1} 2x \, dx = 1$($0 \leq y \leq 1$)。
- 计算数学期望:
- $E(X) = \int_{0}^{1} x \cdot 2x \, dx = \frac{2}{3}$。
- $E(Y) = \int_{0}^{1} y \cdot 1 \, dy = \frac{1}{2}$。
- 判断独立性:
$f(x,y) = f_X(x)f_Y(y)$,故$X$与$Y$独立,$E(XY) = E(X)E(Y) = \frac{1}{3}$。
第(3)题
目标:计算协方差$\text{Cov}(X,Y)$和相关系数$\rho_{XY}$。
步骤:
- 协方差:
$\text{Cov}(X,Y) = E(XY) - E(X)E(Y) = 0$(因独立)。 - 相关系数:
$\rho_{XY} = \frac{\text{Cov}(X,Y)}{\sqrt{D(X)D(Y)}} = 0$。