题目
设x_(1),x_(2),x_(3),x_(4),x_(5)是来自N(0,sigma^2)的样本,已知Y=k((x_(1)+x_(2))^2)/(x_(3)^2+x_{4)^2+x_(5)^2}sim F(1,3),求k.
设$x_{1},x_{2},x_{3},x_{4},x_{5}$是来自$N(0,\sigma^{2})$的样本,已知$Y=k\frac{(x_{1}+x_{2})^{2}}{x_{3}^{2}+x_{4}^{2}+x_{5}^{2}}\sim F(1,3)$,求k.
题目解答
答案
为了确定 $ k $ 的值,使得 $ Y = k \frac{(x_1 + x_2)^2}{x_3^2 + x_4^2 + x_5^2} \sim F(1,3) $,我们需要分析 $ Y $ 的分布并将其与 $ F(1,3) $ 分布进行比较。
首先,让我们考虑分子 $ (x_1 + x_2)^2 $。由于 $ x_1 $ 和 $ x_2 $ 是来自 $ N(0, \sigma^2) $ 的独立正态随机变量,它们的和 $ x_1 + x_2 $ 也服从正态分布,均值为0,方差为 $ 2\sigma^2 $。因此,$ \frac{x_1 + x_2}{\sqrt{2}\sigma} \sim N(0,1) $,并且 $ \left( \frac{x_1 + x_2}{\sqrt{2}\sigma} \right)^2 \sim \chi^2(1) $。这意味着 $ \frac{(x_1 + x_2)^2}{2\sigma^2} \sim \chi^2(1) $。
接下来,让我们考虑分母 $ x_3^2 + x_4^2 + x_5^2 $。由于 $ x_3, x_4, $ 和 $ x_5 $ 是来自 $ N(0, \sigma^2) $ 的独立正态随机变量,$ \frac{x_3^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(1) $,$ \frac{x_4^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(1) $,和 $ \frac{x_5^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(1) $。因此,$ \frac{x_3^2 + x_4^2 + x_5^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(3) $。
现在,我们可以将 $ Y $ 用这些卡方随机变量表示:
\[ Y = k \frac{(x_1 + x_2)^2}{x_3^2 + x_4^2 + x_5^2} = k \frac{2\sigma^2 \cdot \frac{(x_1 + x_2)^2}{2\sigma^2}}{\sigma^2 \cdot \frac{x_3^2 + x_4^2 + x_5^2}{\sigma^2}} = k \cdot 2 \frac{\frac{(x_1 + x_2)^2}{2\sigma^2}}{\frac{x_3^2 + x_4^2 + x_5^2}{\sigma^2}}. \]
由于 $ \frac{(x_1 + x_2)^2}{2\sigma^2} \sim \chi^2(1) $ 和 $ \frac{x_3^2 + x_4^2 + x_5^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(3) $,比值 $ \frac{\frac{(x_1 + x_2)^2}{2\sigma^2}}{\frac{x_3^2 + x_4^2 + x_5^2}{\sigma^2}} $ 服从 $ F(1,3) $ 分布。因此,我们有:
\[ Y = 2k \cdot F(1,3). \]
为了使 $ Y \sim F(1,3) $,必须有 $ 2k = 1 $,所以 $ k = \frac{1}{2} $。
因此,$ k $ 的值是 $ \boxed{\frac{1}{2}} $。