题目
8、设总体Xsim N(0,4),X_(1),X_(2),X_(3)是来自X的样本,c(X_(1)^2+X_(2)^2+X_(3)^2)sim x^2 则c=____
8、设总体$X\sim N(0,4)$,$X_{1},X_{2},X_{3}$是来自X的样本,$c(X_{1}^{2}+X_{2}^{2}+X_{3}^{2})\sim x^{2}$ 则c=____
题目解答
答案
已知总体 $ X \sim N(0, 4) $,样本 $ X_1, X_2, X_3 $ 独立同分布于 $ N(0, 4) $。令 $ Z_i = \frac{X_i}{2} $,则 $ Z_i \sim N(0, 1) $。
因此,
\[
X_i^2 = (2Z_i)^2 = 4Z_i^2 \quad \Rightarrow \quad X_1^2 + X_2^2 + X_3^2 = 4(Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2)
\]
由于 $ Z_i $ 为标准正态变量,$ Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2 \sim \chi^2(3) $。
为使 $ c(X_1^2 + X_2^2 + X_3^2) \sim \chi^2 $,需
\[
c \cdot 4 = 1 \quad \Rightarrow \quad c = \frac{1}{4}
\]
答案:$\boxed{\frac{1}{4}}$
解析
本题考查正态分布与卡方分布的关系以及卡方分布的性质。解题的关键思路是先将给定的正态分布转化为标准正态分布,再利用标准正态分布的平方和服从卡方分布这一性质来确定常数 $c$ 的值。
- 将总体 $X$ 转化为标准正态分布:
已知总体 $X \sim N(0, 4)$,样本 $X_1, X_2, X_3$ 独立同分布于 $N(0, 4)$。对于正态分布 $X \sim N(\mu, \sigma^2)$,若令 $Z = \frac{X - \mu}{\sigma}$,则 $Z \sim N(0, 1)$。在本题中,$\mu = 0$,$\sigma = \sqrt{4}=2$,令 $Z_i = \frac{X_i - 0}{2}=\frac{X_i}{2}$,那么 $Z_i \sim N(0, 1)$,$i = 1,2,3$。 - 对 $X_i^2$ 进行变形:
由 $Z_i = \frac{X_i}{2}$,可得 $X_i = 2Z_i$,两边同时平方得到 $X_i^2 = (2Z_i)^2 = 4Z_i^2$。
将 $i = 1,2,3$ 代入上式并求和,可得 $X_1^2 + X_2^2 + X_3^2 = 4Z_1^2 + 4Z_2^2 + 4Z_3^2 = 4(Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2)$。 - 利用卡方分布的性质:
根据卡方分布的定义,若 $Z_1, Z_2, \cdots, Z_n$ 相互独立且都服从标准正态分布 $N(0, 1)$,则 $Z_1^2 + Z_2^2 + \cdots + Z_n^2 \sim \chi^2(n)$。
因为 $Z_1, Z_2, Z_3$ 相互独立且都服从 $N(0, 1)$,所以 $Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2 \sim \chi^2(3)$。 - 确定常数 $c$ 的值:
已知 $c(X_1^2 + X_2^2 + X_3^2) \sim \chi^2$,将 $X_1^2 + X_2^2 + X_3^2 = 4(Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2)$ 代入可得 $c\cdot4(Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2) \sim \chi^2$。
为了使 $c\cdot4(Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2)$ 服从卡方分布,且与 $Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2 \sim \chi^2(3)$ 形式一致,需要 $c\cdot4 = 1$。
解这个方程:
$\begin{align*}c\cdot4&=1\\c&=\frac{1}{4}\end{align*}$