题目
9.设X为随机变量.若矩阵A=}2&3&20&-2&-X0&1&0的特征值全为实数的概率为0.5,则( ). (A.)X服从区间(0,2)内的均匀分布U(0,2) (B)X服从二项分布B.(2,0.5) (C.)X服从参数为1的指数分布E(1) (D.)X服从正态分布N(0,1)
9.设X为随机变量.若矩阵$A=\begin{pmatrix}2&3&2\\0&-2&-X\\0&1&0\end{pmatrix}$的特征值全为实数的概率为0.5,则( ). (
A.)X服从区间(0,2)内的均匀分布U(0,2) (B)X服从二项分布
B.(2,0.5) (
C.)X服从参数为1的指数分布E(1) (
D.)X服从正态分布N(0,1)
A.)X服从区间(0,2)内的均匀分布U(0,2) (B)X服从二项分布
B.(2,0.5) (
C.)X服从参数为1的指数分布E(1) (
D.)X服从正态分布N(0,1)
题目解答
答案
为了确定随机变量 $X$ 的分布,我们需要分析矩阵 $A = \begin{pmatrix}2&3&2\\0&-2&-X\\0&1&0\end{pmatrix}$ 的特征值。矩阵的特征值是其特征多项式的根。矩阵 $A$ 的特征多项式由下式给出:
\[
\det(A - \lambda I) = \det \begin{pmatrix}2 - \lambda & 3 & 2 \\ 0 & -2 - \lambda & -X \\ 0 & 1 & -\lambda\end{pmatrix}
\]
由于矩阵 $A$ 的第一列除了第一个元素外,其他元素都是零,我们可以沿第一列展开行列式:
\[
\det(A - \lambda I) = (2 - \lambda) \det \begin{pmatrix}-2 - \lambda & -X \\ 1 & -\lambda\end{pmatrix}
\]
接下来,我们计算2x2行列式:
\[
\det \begin{pmatrix}-2 - \lambda & -X \\ 1 & -\lambda\end{pmatrix} = (-2 - \lambda)(-\lambda) - (-X)(1) = \lambda^2 + 2\lambda + X
\]
因此,特征多项式为:
\[
\det(A - \lambda I) = (2 - \lambda)(\lambda^2 + 2\lambda + X)
\]
特征值是方程 $(2 - \lambda)(\lambda^2 + 2\lambda + X) = 0$ 的解。一个解是 $\lambda = 2$。其他两个特征值是二次方程 $\lambda^2 + 2\lambda + X = 0$ 的解。二次方程的解为:
\[
\lambda = \frac{-2 \pm \sqrt{4 - 4X}}{2} = -1 \pm \sqrt{1 - X}
\]
为了使特征值全为实数,判别式 $1 - X$ 必须非负。因此,我们需要:
\[
1 - X \geq 0 \implies X \leq 1
\]
已知矩阵 $A$ 的特征值全为实数的概率为0.5。这意味着 $X \leq 1$ 的概率为0.5。我们需要确定哪个给定的 $X$ 的分布满足这个条件。
(A) 如果 $X$ 服从区间 $(0,2)$ 内的均匀分布 $U(0,2)$,那么 $X \leq 1$ 的概率为:
\[
P(X \leq 1) = \frac{1 - 0}{2 - 0} = 0.5
\]
(B) 如果 $X$ 服从二项分布 $B(2,0.5)$,那么 $X$ 可以取值0,1或2,概率分别为:
\[
P(X = 0) = \binom{2}{0} (0.5)^0 (0.5)^2 = 0.25, \quad P(X = 1) = \binom{2}{1} (0.5)^1 (0.5)^1 = 0.5, \quad P(X = 2) = \binom{2}{2} (0.5)^2 (0.5)^0 = 0.25
\]
$X \leq 1$ 的概率为:
\[
P(X \leq 1) = P(X = 0) + P(X = 1) = 0.25 + 0.5 = 0.75
\]
(C) 如果 $X$ 服从参数为1的指数分布 $E(1)$,那么 $X$ 的概率密度函数为:
\[
f(x) = e^{-x} \quad \text{对于} \quad x \geq 0
\]
$X \leq 1$ 的概率为:
\[
P(X \leq 1) = \int_0^1 e^{-x} \, dx = -e^{-x} \bigg|_0^1 = -e^{-1} + 1 = 1 - \frac{1}{e} \approx 0.632
\]
(D) 如果 $X$ 服从正态分布 $N(0,1)$,那么 $X$ 的概率密度函数为:
\[
f(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} e^{-x^2/2}
\]
$X \leq 1$ 的概率为:
\[
P(X \leq 1) = \Phi(1) \approx 0.8413
\]
其中 $\Phi$ 是标准正态分布的累积分布函数。
唯一满足 $P(X \leq 1) = 0.5$ 的分布是区间 $(0,2)$ 内的均匀分布。因此,正确答案是:
\[
\boxed{A}
\]