随机变量X服从[-3, 3]上的均匀分布,则E(X^2)=()A. 3B. (9)/(2)C. 9D. 18
A. 3
B. $\frac{9}{2}$
C. 9
D. 18
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查均匀分布的期望计算,特别是对随机变量平方的期望值的求解。
解题核心思路:
均匀分布的概率密度函数在区间内为常数,利用期望的定义式,通过积分计算$E(X^2)$。关键在于正确写出密度函数,并正确计算定积分。
破题关键点:
- 确定均匀分布的密度函数:区间长度为$3 - (-3) = 6$,故密度函数为$f(x) = \frac{1}{6}$。
- 应用期望公式:$E(X^2) = \int_{-3}^{3} x^2 \cdot \frac{1}{6} \, dx$。
- 利用对称性简化计算:被积函数$x^2$为偶函数,积分区间对称,可转化为$2 \cdot \int_{0}^{3} x^2 \cdot \frac{1}{6} \, dx$。
步骤1:写出均匀分布的密度函数
随机变量$X$在区间$[-3, 3]$上服从均匀分布,其概率密度函数为:
$f(x) =
\begin{cases}\frac{1}{6}, & -3 \leq x \leq 3, \\0, & \text{其他}.\end{cases}$
步骤2:写出$E(X^2)$的积分表达式
根据期望的定义:
$E(X^2) = \int_{-\infty}^{+\infty} x^2 f(x) \, dx = \int_{-3}^{3} x^2 \cdot \frac{1}{6} \, dx.$
步骤3:利用对称性简化积分
由于$x^2$是偶函数,积分区间$[-3, 3]$对称,可得:
$E(X^2) = 2 \cdot \int_{0}^{3} x^2 \cdot \frac{1}{6} \, dx = \frac{1}{3} \int_{0}^{3} x^2 \, dx.$
步骤4:计算定积分
计算$\int_{0}^{3} x^2 \, dx$:
$\int_{0}^{3} x^2 \, dx = \left[ \frac{x^3}{3} \right]_{0}^{3} = \frac{3^3}{3} - \frac{0^3}{3} = 9.$
步骤5:代入求值
$E(X^2) = \frac{1}{3} \cdot 9 = 3.$