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统计
题目

假设0.50、1.25、0.80、2.00是来自总体X的简单随机样本值.已知Y=lnX服从正态分布N(μ,1).(1)求X的数学期望值E(X)(记E(X)为b);(2)求μ的置信度为0.95的置信区间;(3)利用上述结果求b的置信度为0.95的置信区间.

假设0.50、1.25、0.80、2.00是来自总体X的简单随机样本值.已知Y=lnX服从正态分布N(μ,1).
(1)求X的数学期望值E(X)(记E(X)为b);
(2)求μ的置信度为0.95的置信区间;
(3)利用上述结果求b的置信度为0.95的置信区间.

题目解答

答案


(1)
已知Y的概率密度为:f(y)=
1
2π
e-
(y-μ)2
2
,-∞<x<+∞,
从而X的数学期望为:
b=E(X)=E(eY)=
1
2π
∫
+∞
-∞
eye-
(y-μ)2
2
dy
y-μ=t
.
=
1
2π
∫
+∞
-∞
et+μeμ+
t2
2
dt
=eμ+
1
2
1
2π
∫
+∞
-∞
e-
(y-μ)2
2
dt
=eμ+
1
2

(2)
当置信度为1-α=0.95时,
标准正态分布对应于α=0.05的双侧分位数等于1.96(查表可知),
又已知:
.
Y
~N(μ,1),
可得参数μ的置信度为0.95的置信区间为:(
.
Y
-1.96,
.
Y
+1.96)
,
其中,
.
Y
为总体Y的样本均值,
而:
.
Y
=
1
4
(ln0.5+ln1.25+ln0.8+ln2)=
1
4
ln1=0
,
所以μ的置信度为0.95的置信区间为:(-1.96,1.96).
(3)
由指数函数ex的严格单调递增性,可得:
P{-1.96<μ<1.96}=P{-1.46<μ+
1
2
<2.46}

=P(e-1.46<eμ+
1
2
<e2.46)=P(e-1.46<b<e2.46)=0.95
,
因此b的置信度为0.95的置信区间为:(e-1.46,e2.46).

解析

步骤 1:求X的数学期望值E(X)
已知Y=lnX服从正态分布N(μ,1),即Y的概率密度函数为:
f(y) =
1
√(2π)
e^(-(y-μ)^2/2)
X的数学期望值E(X)可以通过对Y的概率密度函数进行积分求得:
E(X) = E(e^Y) = ∫_{-∞}^{+∞} e^y f(y) dy
= ∫_{-∞}^{+∞} e^y
1
√(2π)
e^(-(y-μ)^2/2) dy
=
1
√(2π)
∫_{-∞}^{+∞} e^(y - (y-μ)^2/2) dy
=
1
√(2π)
∫_{-∞}^{+∞} e^(μ + 1/2) e^(-(y-μ)^2/2) dy
= e^(μ + 1/2)
1
√(2π)
∫_{-∞}^{+∞} e^(-(y-μ)^2/2) dy
= e^(μ + 1/2)
1
√(2π)
√(2π) = e^(μ + 1/2)
步骤 2:求μ的置信度为0.95的置信区间
已知Y=lnX服从正态分布N(μ,1),样本均值为:
.
Y
=
1
4
(ln0.5 + ln1.25 + ln0.8 + ln2) =
1
4
ln(0.5 * 1.25 * 0.8 * 2) =
1
4
ln1 = 0
置信度为0.95时,标准正态分布对应于α=0.05的双侧分位数等于1.96(查表可知),
所以μ的置信度为0.95的置信区间为:
(
.
Y
- 1.96,
.
Y
+ 1.96) = (-1.96, 1.96)
步骤 3:求b的置信度为0.95的置信区间
由指数函数e^x的严格单调递增性,可得:
P{-1.96 < μ < 1.96} = P{-1.46 < μ + 1/2 < 2.46}
= P(e^{-1.46} < e^{μ + 1/2} < e^{2.46}) = P(e^{-1.46} < b < e^{2.46}) = 0.95
因此b的置信度为0.95的置信区间为:(e^{-1.46}, e^{2.46})

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