设随机变量X的密度函数varphi(x)是连续的偶函数(即varphi(x)=varphi(-x)),而F(x)是X的分布函数,则对任意实数a有()。A. F(a)=F(-a)B. F(-a)=1-int_(0)^avarphi(x)dxC. F(-a)=(1)/(2)-int_(0)^avarphi(x)dxD. F(-a)=F(a)
A. $F(a)=F(-a)$
B. $F(-a)=1-\int_{0}^{a}\varphi(x)dx$
C. $F(-a)=\frac{1}{2}-\int_{0}^{a}\varphi(x)dx$
D. $F(-a)=F(a)$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查概率密度函数的对称性(偶函数)与分布函数的关系,以及积分变换的应用。
解题核心思路:
- 利用偶函数的性质:密度函数$\varphi(x)$为偶函数,即$\varphi(x) = \varphi(-x)$,因此随机变量$X$与$-X$具有相同的分布。
- 分布函数的定义:分布函数$F(a) = \int_{-\infty}^a \varphi(t) \, dt$,需通过变量替换和积分区间的对称性推导$F(-a)$的表达式。
- 关键结论:通过变量替换将$F(-a)$转换为正区间积分,并结合密度函数的归一化性质($\int_{-\infty}^{+\infty} \varphi(t) \, dt = 1$)进行化简。
破题关键点:
- 变量替换:将$F(-a)$的积分区间转换为正区间,利用偶函数性质简化计算。
- 积分拆分:将分布函数拆分为对称区间积分,结合归一化性质推导最终表达式。
步骤1:写出分布函数$F(-a)$的表达式
根据分布函数的定义:
$F(-a) = \int_{-\infty}^{-a} \varphi(t) \, dt$
步骤2:变量替换
令$t = -u$,则当$t$从$-\infty$到$-a$时,$u$从$+\infty$到$a$,且$dt = -du$。代入得:
$F(-a) = \int_{+\infty}^{a} \varphi(-u) \cdot (-du) = \int_{a}^{+\infty} \varphi(u) \, du$
步骤3:利用归一化性质
由于$\varphi(x)$是概率密度函数,有$\int_{-\infty}^{+\infty} \varphi(u) \, du = 1$,因此:
$\int_{a}^{+\infty} \varphi(u) \, du = 1 - \int_{-\infty}^{a} \varphi(u) \, du = 1 - F(a)$
步骤4:表达$F(a)$的对称性
根据偶函数的对称性,$\int_{-\infty}^0 \varphi(u) \, du = \frac{1}{2}$,因此:
$F(a) = \int_{-\infty}^a \varphi(u) \, du = \frac{1}{2} + \int_{0}^{a} \varphi(u) \, du$
步骤5:代入并化简
将$F(a)$代入$F(-a)$的表达式:
$F(-a) = 1 - F(a) = 1 - \left( \frac{1}{2} + \int_{0}^{a} \varphi(u) \, du \right) = \frac{1}{2} - \int_{0}^{a} \varphi(u) \, du$