题目
17.设随机变量X与Y相互独立,且EX=2,DX=1,EY=1,DY=4,求U=X-2Y与V=2X-Y的相关系数rho_(UV)。
17.设随机变量X与Y相互独立,且$EX=2$,$DX=1$,$EY=1$,$DY=4$,求U=X-2Y与V=2X-Y的相关系数$\rho_{UV}$。
题目解答
答案
为了求出随机变量 $ U = X - 2Y $ 和 $ V = 2X - Y $ 的相关系数 $\rho_{UV}$,我们需要使用相关系数的公式:
\[
\rho_{UV} = \frac{\text{Cov}(U, V)}{\sqrt{\text{Var}(U) \text{Var}(V)}}
\]
首先,我们需要计算 $ U $ 和 $ V $ 的协方差 $\text{Cov}(U, V)$。协方差的定义是:
\[
\text{Cov}(U, V) = E[(U - EU)(V - EV)]
\]
由于 $ U = X - 2Y $ 和 $ V = 2X - Y $,我们首先需要找到 $ EU $ 和 $ EV $:
\[
EU = E[X - 2Y] = EX - 2EY = 2 - 2 \cdot 1 = 0
\]
\[
EV = E[2X - Y] = 2EX - EY = 2 \cdot 2 - 1 = 3
\]
现在,我们可以将 $ U $ 和 $ V $ 的期望值代入协方差的定义中:
\[
\text{Cov}(U, V) = E[(X - 2Y - 0)(2X - Y - 3)] = E[(X - 2Y)(2X - Y - 3)]
\]
为了简化计算,我们可以使用协方差的性质 $\text{Cov}(U, V) = E[UV] - EU \cdot EV$。由于 $ EU = 0 $,我们有:
\[
\text{Cov}(U, V) = E[UV]
\]
现在,我们计算 $ E[UV] $:
\[
E[UV] = E[(X - 2Y)(2X - Y)] = E[2X^2 - XY - 4XY + 2Y^2] = E[2X^2 - 5XY + 2Y^2]
\]
使用期望的线性性质,我们得到:
\[
E[UV] = 2E[X^2] - 5E[XY] + 2E[Y^2]
\]
由于 $ X $ 和 $ Y $ 相互独立, $ E[XY] = E[X]E[Y] $。因此:
\[
E[XY] = 2 \cdot 1 = 2
\]
我们还需要 $ E[X^2] $ 和 $ E[Y^2] $。使用方差的定义 $ \text{Var}(X) = E[X^2] - (EX)^2 $,我们得到:
\[
E[X^2] = \text{Var}(X) + (EX)^2 = 1 + 2^2 = 5
\]
\[
E[Y^2] = \text{Var}(Y) + (EY)^2 = 4 + 1^2 = 5
\]
将这些值代入 $ E[UV] $ 的表达式中,我们得到:
\[
E[UV] = 2 \cdot 5 - 5 \cdot 2 + 2 \cdot 5 = 10 - 10 + 10 = 10
\]
因此,协方差 $\text{Cov}(U, V)$ 是 10。
接下来,我们需要计算 $ U $ 和 $ V $ 的方差 $\text{Var}(U)$ 和 $\text{Var}(V)$:
\[
\text{Var}(U) = \text{Var}(X - 2Y) = \text{Var}(X) + (-2)^2 \text{Var}(Y) = 1 + 4 \cdot 4 = 17
\]
\[
\text{Var}(V) = \text{Var}(2X - Y) = 2^2 \text{Var}(X) + (-1)^2 \text{Var}(Y) = 4 \cdot 1 + 1 \cdot 4 = 8
\]
现在,我们可以计算相关系数 $\rho_{UV}$:
\[
\rho_{UV} = \frac{\text{Cov}(U, V)}{\sqrt{\text{Var}(U) \text{Var}(V)}} = \frac{10}{\sqrt{17 \cdot 8}} = \frac{10}{\sqrt{136}} = \frac{10}{2\sqrt{34}} = \frac{5}{\sqrt{34}} = \frac{5\sqrt{34}}{34}
\]
因此,相关系数 $\rho_{UV}$ 是:
\[
\boxed{\frac{5\sqrt{34}}{34}}
\]