题目
设随机变量 X 的概率密度为 f(x)= (1)/(2) e^-|x|,则函数 Y = |X| 的概率密度为 A f(y)= e^-y B f(y)= } 0, & y geq 0 e^-y, & y < 0
设随机变量 $X$ 的概率密度为 $f(x)= \frac{1}{2} e^{-|x|}$,则函数 $Y = |X|$ 的概率密度为
A $f(y)= e^{-y}$
B $f(y)= \begin{cases} 0, & y \geq 0 \\ e^{-y}, & y < 0 \end{cases}$
C $f(y)= 2e^{-y}$
D $f(y)= \begin{cases} 0, & y < 0 \\ e^{-y}, & y \geq 0 \end{cases}$
题目解答
答案
为了找到函数 $ Y = |X| $ 的概率密度函数,已知 $ X $ 的概率密度函数为 $ f(x) = \frac{1}{2}e^{-|x|} $,我们需要使用随机变量变换的方法。具体来说,我们需要找到 $ Y $ 的累积分布函数(CDF),然后对它求导得到 $ Y $ 的概率密度函数(PDF)。
### 第1步:找到 $ Y $ 的累积分布函数(CDF)
$ Y $ 的CDF,记为 $ F_Y(y) $,定义为 $ Y \leq y $ 的概率。由于 $ Y = |X| $,$ Y $ 总是非负的,所以 $ F_Y(y) = 0 $ 对于 $ y < 0 $。对于 $ y \geq 0 $,
\[
F_Y(y) = P(Y \leq y) = P(|X| \leq y) = P(-y \leq X \leq y).
\]
$ X $ 的概率密度函数为 $ f(x) = \frac{1}{2}e^{-|x|} $,所以我们可以写成
\[
F_Y(y) = \int_{-y}^{y} f(x) \, dx = \int_{-y}^{y} \frac{1}{2}e^{-|x|} \, dx.
\]
由于 $ |x| = -x $ 对于 $ x \leq 0 $ 和 $ |x| = x $ 对于 $ x \geq 0 $,我们可以将积分分为两部分:
\[
F_Y(y) = \int_{-y}^{0} \frac{1}{2}e^{x} \, dx + \int_{0}^{y} \frac{1}{2}e^{-x} \, dx.
\]
分别计算每个积分,我们得到
\[
\int_{-y}^{0} \frac{1}{2}e^{x} \, dx = \frac{1}{2} \left[ e^x \right]_{-y}^{0} = \frac{1}{2} \left( e^0 - e^{-y} \right) = \frac{1}{2} \left( 1 - e^{-y} \right),
\]
和
\[
\int_{0}^{y} \frac{1}{2}e^{-x} \, dx = \frac{1}{2} \left[ -e^{-x} \right]_{0}^{y} = \frac{1}{2} \left( -e^{-y} + e^0 \right) = \frac{1}{2} \left( 1 - e^{-y} \right).
\]
将这两个结果相加,我们得到
\[
F_Y(y) = \frac{1}{2} \left( 1 - e^{-y} \right) + \frac{1}{2} \left( 1 - e^{-y} \right) = 1 - e^{-y}.
\]
因此,$ Y $ 的CDF为
\[
F_Y(y) = \begin{cases}
0 & \text{如果 } y < 0, \\
1 - e^{-y} & \text{如果 } y \geq 0.
\end{cases}
\]
### 第2步:找到 $ Y $ 的概率密度函数(PDF)
$ Y $ 的PDF,记为 $ f_Y(y) $,是 $ Y $ 的CDF关于 $ y $ 的导数。所以,对于 $ y \geq 0 $,
\[
f_Y(y) = \frac{d}{dy} F_Y(y) = \frac{d}{dy} \left( 1 - e^{-y} \right) = e^{-y}.
\]
对于 $ y < 0 $,$ f_Y(y) = 0 $。因此,$ Y $ 的PDF为
\[
f_Y(y) = \begin{cases}
0 & \text{如果 } y < 0, \\
e^{-y} & \text{如果 } y \geq 0.
\end{cases}
\]
因此,正确答案是 $\boxed{D}$。