题目
设(X_1,X_2,...,X_n)是正态总体Xsim N(mu,sigma^2)的一个样本,则(overline(X)-mu)/(S/sqrt(n))服从()分布。A. t(n-1)B. N(0,1)C. t(n)D. chi^2(n)
设$(X_1,X_2,\cdots,X_n)$是正态总体$X\sim N(\mu,\sigma^2)$的一个样本,则$\frac{\overline{X}-\mu}{S/\sqrt{n}}$服从()分布。
A. $t(n-1)$
B. $N(0,1)$
C. $t(n)$
D. $\chi^2(n)$
题目解答
答案
A. $t(n-1)$
解析
考查要点:本题主要考查t分布的定义及其应用条件,需要理解样本均值、样本标准差与t分布之间的关系。
解题核心思路:
- 分子部分:$(\overline{X} - \mu)$标准化后服从标准正态分布$N(0,1)$。
- 分母部分:$S/\sqrt{n}$是样本标准差的标准化形式,其中$S^2$是总体方差$\sigma^2$的无偏估计。
- 关键结论:当总体方差未知时,用样本方差代替总体方差构造的统计量服从t分布,自由度为$n-1$(因样本方差计算中损失了一个自由度)。
破题关键点:
- 明确$t$分布的构造形式:$\frac{Z}{\sqrt{\chi^2(k)/k}}$,其中$Z \sim N(0,1)$,$\chi^2(k)$与$Z$独立。
- 本题中,分子对应$Z$,分母对应$\sqrt{\chi^2(n-1)/(n-1)}$,因此自由度为$n-1$。
-
标准化样本均值:
根据正态总体性质,$\overline{X} \sim N\left(\mu, \frac{\sigma^2}{n}\right)$,因此
$\frac{\overline{X} - \mu}{\sigma/\sqrt{n}} \sim N(0,1).$ -
样本方差的分布:
样本方差$S^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^n (X_i - \overline{X})^2$满足
$\frac{(n-1)S^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(n-1).$ -
构造t分布:
将分子中的$\sigma$替换为$S$,得
$\frac{\overline{X} - \mu}{S/\sqrt{n}} = \frac{N(0,1)}{\sqrt{\chi^2(n-1)/(n-1)}} \sim t(n-1).$
这里利用了$t$分布的定义:若$Z \sim N(0,1)$,$V \sim \chi^2(k)$且独立,则$\frac{Z}{\sqrt{V/k}} \sim t(k)$。