题目
设 X,Y 的方差存在,且不等于0,则 D(X+Y)=D(X)+D(Y) 是 X,Y 独立的必要条件,但不是充分条件。( )A. 对B. 错
设 $X,Y$ 的方差存在,且不等于0,则 $D(X+Y)=D(X)+D(Y)$ 是 $X,Y$ 独立的必要条件,但不是充分条件。( )
A. 对
B. 错
题目解答
答案
A. 对
解析
本题考查方差的性质以及随机变量独立性的相关知识,解题的关键在于明确方差公式 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)+2Cov(X,Y)$ 以及随机变量独立与协方差之间的关系,通过分析充分性和必要性来判断命题的正确性。
1. 证明 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)$ 是 $X,Y$ 独立的必要条件
- 若 $X$ 和 $Y$ 相互独立,根据协方差的性质可知,当两个随机变量相互独立时,它们的协方差 $Cov(X,Y) = 0$。
- 由方差的计算公式 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)+2Cov(X,Y)$,将 $Cov(X,Y) = 0$ 代入该公式,可得 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)+2\times0=D(X)+D(Y)$。
- 这就说明当 $X$ 和 $Y$ 独立时,一定有 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)$,所以 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)$ 是 $X,Y$ 独立的必要条件。
2. 证明 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)$ 不是 $X,Y$ 独立的充分条件
- 已知 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)$,由方差公式 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)+2Cov(X,Y)$ 可得:
- $D(X)+D(Y)=D(X)+D(Y)+2Cov(X,Y)$。
- 等式两边同时减去 $D(X)+D(Y)$,得到 $2Cov(X,Y)=0$,即 $Cov(X,Y) = 0$。
- 虽然 $Cov(X,Y) = 0$ 只能说明 $X$ 和 $Y$ 不相关,但不相关并不一定意味着 $X$ 和 $Y$ 相互独立。例如,设 $X$ 服从区间 $[-1,1]$ 上的均匀分布,$Y = X^2$,可以计算出 $Cov(X,Y) = 0$,但 $Y$ 的取值完全由 $X$ 决定,它们不是相互独立的。
- 这表明由 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)$ 不能推出 $X$ 和 $Y$ 独立,所以 $D(X + Y)=D(X)+D(Y)$ 不是 $X,Y$ 独立的充分条件。
综上,$D(X + Y)=D(X)+D(Y)$ 是 $X,Y$ 独立的必要条件,但不是充分条件,该命题正确。