设随机变量X的概率密度函数是 f(x)= (1)/(sqrt(pi)) e^-x^2 + 4x - 4,则有()。A. X sim N(2,1)B. X sim N(4,1/4)C. X sim N(0,1)D. X sim N(2,1/2)
A. $X \sim N(2,1)$
B. $X \sim N(4,1/4)$
C. $X \sim N(0,1)$
D. $X \sim N(2,1/2)$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查正态分布的概率密度函数形式,以及通过配方法将给定指数函数转换为标准正态分布形式的能力。
解题核心思路:
- 识别指数部分的完全平方:将题目中的指数项 $-x^2 + 4x -4$ 配方,转化为 $-(x-\mu)^2$ 的形式,从而确定正态分布的均值 $\mu$。
- 比较系数与方差:将题目中的系数 $\frac{1}{\sqrt{\pi}}$ 与正态分布的标准系数 $\frac{1}{\sigma \sqrt{2\pi}}$ 对比,结合指数部分的系数确定方差 $\sigma^2$。
破题关键点:
- 配方技巧:通过配方将二次函数转化为完全平方形式,直接关联正态分布的均值参数。
- 系数匹配:通过系数对比确定方差,确保指数项和系数均符合正态分布的定义。
步骤1:配方处理指数项
题目中的指数项为 $-x^2 + 4x -4$,配方得:
$\begin{aligned}-x^2 + 4x -4 &= -(x^2 - 4x + 4) \\&= -(x-2)^2.\end{aligned}$
因此,概率密度函数可改写为:
$f(x) = \frac{1}{\sqrt{\pi}} e^{-(x-2)^2}.$
步骤2:与正态分布形式对比
正态分布 $N(\mu, \sigma^2)$ 的概率密度函数为:
$f(x) = \frac{1}{\sigma \sqrt{2\pi}} e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}.$
将题目中的指数项 $-(x-2)^2$ 与正态分布的指数项 $-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}$ 对比,可得:
$\frac{1}{2\sigma^2} = 1 \quad \Rightarrow \quad \sigma^2 = \frac{1}{2}.$
因此,均值 $\mu = 2$,方差 $\sigma^2 = \frac{1}{2}$。
步骤3:验证系数匹配
题目中的系数为 $\frac{1}{\sqrt{\pi}}$,正态分布的系数为 $\frac{1}{\sigma \sqrt{2\pi}}$。代入 $\sigma = \frac{1}{\sqrt{2}}$:
$\frac{1}{\sigma \sqrt{2\pi}} = \frac{1}{\frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \sqrt{2\pi}} = \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2\pi}} = \frac{1}{\sqrt{\pi}}.$
系数完全匹配,验证正确。