5.设随机变量服从区间[0,1]上的均匀分布,则Y=e^X的概率密度函数为()A. f_(Y)(y)=}(1)/(y),&1le yle e0,&(其它).
A. $f_{Y}(y)=\begin{cases}\frac{1}{y},&1\le y\le e\\0,&\text{其它}\end{cases}$;
B. $f_{Y}(y)=\begin{cases}1,&1\le y\le e\\0,&\text{其它}\end{cases}$;
C. $f_{Y}(y)=\begin{cases}\frac{1}{y},&y\ge e\\0,&\text{其它}\end{cases}$;
D. $f_{Y}(y)=\begin{cases}\frac{1}{y},&y\ge 1\\0,&\text{其它}\end{cases}$.
题目解答
答案
解析
本题考查随机变量函数的概率密度函数的求解,解题思路是先求出随机变量$Y = e^X$的分布函数$F_Y(y)$,再对分布函数求导得到概率密度函数$f_Y(y)$。
步骤一:确定$X$的概率密度函数
已知随机变量$X$服从区间$[0,1]$上的均匀分布,根据均匀分布的概率密度函数公式:若$X\sim U(a,b)$,则$f_X(x)=\begin{cases}\frac{1}{b - a},&a\leq x\leq b\\0,&\text{其它}\end{cases}$,可得$X$的概率密度函数为:
$f_X(x)=\begin{cases}1,&0\leq x\leq 1\\0,&\text{其它}\end{cases}$
步骤二:求$Y = e^X$的分布函数$F_Y(y)$
分布函数$F_Y(y)=P(Y\leq y)=P(e^X\leq y)=P(X\leq\ln y)$。
- 当$y\leq 1$时,$\ln y\leq 0$,则$P(X\leq\ln y)=0$,即$F_Y(y)=0$。
- 当$1\lt y\lt e$时,$0\lt\ln y\lt 1$,则$F_Y(y)=P(X\leq\ln y)=\int_{-\infty}^{\ln y}f_X(x)dx=\int_{0}^{\ln y}1dx=\ln y$。
- 当$y\geq e$时,$\ln y\geq 1$,则$F_Y(y)=P(X\leq\ln y)=\int_{-\infty}^{\ln y}f_X(x)dx=\int_{0}^{1}1dx = 1$。
综上,$Y$的分布函数为$F_Y(y)=\begin{cases}0,&y\leq 1\\\ln y,&1\lt y\lt e\\1,&y\geq e\end{cases}$。
步骤三:求$Y = e^X$的概率密度函数$f_Y(y)$
根据概率密度函数与分布函数的关系$f_Y(y)=F_Y^\prime(y)$,对$F_Y(y)$求导:
- 当$y\leq 1$时,$F_Y(y)=0$,则$f_Y(y)=F_Y^\prime(y)=0$。
- 当$1\lt y\lt e$时,$F_Y(y)=\ln y$,则$f_Y(y)=F_Y^\prime(y)=\frac{1}{y}$。
- 当$y\geq e$时,$F_Y(y)=1$,则$f_Y(y)=F_Y^\prime(y)=0$。
所以$Y$的概率密度函数为$f_Y(y)=\begin{cases}\frac{1}{y},&1\leq y\leq e\\0,&\text{其它}\end{cases}$。