设随机变量 X 的密度函数为 varphi(x),且已知 varphi(-x)= varphi(x),F(x) 为 X 的分布函数,则对任意实数 a,有()。A. F(-a)= (1)/(2) - int_(0)^a varphi(x), dxB. F(-a)= 1 - int_(0)^a varphi(x), dxC. F(-a)= F(a)D. F(-a)= 2F(a)- 1
A. $F(-a)= \frac{1}{2} - \int_{0}^{a} \varphi(x)\, dx$
B. $F(-a)= 1 - \int_{0}^{a} \varphi(x)\, dx$
C. $F(-a)= F(a)$
D. $F(-a)= 2F(a)- 1$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查偶密度函数的对称性及其分布函数的关系,需要结合积分变换和对称性进行推导。
解题核心思路:
- 利用偶函数的对称性,通过变量替换将$F(-a)$转化为与$F(a)$相关的表达式。
- 拆分分布函数$F(a)$,结合偶函数的积分特性,将$F(a)$表示为$\frac{1}{2} + \int_{0}^{a} \varphi(x) \, dx$。
- 代入关系式,最终得到$F(-a)$的表达式。
破题关键点:
- 偶函数的积分对称性:$\int_{-\infty}^{0} \varphi(t) \, dt = \frac{1}{2}$。
- 变量替换技巧:通过$u = -t$将$F(-a)$转换为尾部积分。
步骤1:计算$F(-a)$的表达式
根据分布函数定义:
$F(-a) = \int_{-\infty}^{-a} \varphi(t) \, dt.$
令$u = -t$,则当$t$从$-\infty$到$-a$时,$u$从$+\infty$到$a$,且$dt = -du$。代入得:
$F(-a) = \int_{+\infty}^{a} \varphi(-u) \cdot (-du) = \int_{a}^{+\infty} \varphi(u) \, du.$
由于$\varphi(u)$是密度函数,$\int_{a}^{+\infty} \varphi(u) \, du = 1 - F(a)$,因此:
$F(-a) = 1 - F(a).$
步骤2:拆分$F(a)$的表达式
将$F(a)$拆分为两部分:
$F(a) = \int_{-\infty}^{a} \varphi(t) \, dt = \int_{-\infty}^{0} \varphi(t) \, dt + \int_{0}^{a} \varphi(t) \, dt.$
由于$\varphi(t)$是偶函数,$\int_{-\infty}^{0} \varphi(t) \, dt = \frac{1}{2}$(对称性),因此:
$F(a) = \frac{1}{2} + \int_{0}^{a} \varphi(t) \, dt.$
步骤3:代入关系式
将$F(a)$代入$F(-a) = 1 - F(a)$:
$F(-a) = 1 - \left( \frac{1}{2} + \int_{0}^{a} \varphi(t) \, dt \right) = \frac{1}{2} - \int_{0}^{a} \varphi(t) \, dt.$
结论:正确答案为A。