题目
(1)设随机变量X的概率密度为 (x),-infty lt xlt infty , 求 =(X)^3 的概-|||-率密度.-|||-(2)设随机变量X的概率密度为-|||-f(x)= ) (e)^-x,xgt 0 0, 的概率密度.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查随机变量函数的概率密度求解方法,即通过变量变换法(概率密度的变换公式)求解新变量的概率密度。
解题核心思路:
- 确定函数单调性:若函数$Y = g(X)$在定义域内严格单调且可导,则存在反函数$x = h(y)$。
- 应用概率密度公式:根据教材公式$f_Y(y) = f_X(h(y)) \cdot |h'(y)|$,其中$h(y)$是$g(x)$的反函数,$h'(y)$是其导数。
- 考虑定义域限制:若原变量$X$的定义域有限制(如第二题中$x > 0$),需注意反函数的取值范围。
破题关键点:
- 严格单调性:确保函数可逆,避免多值性问题。
- 导数计算:正确求导反函数,注意绝对值符号的应用。
- 定义域匹配:根据原变量的定义域,确定新变量的取值范围。
第(1)题
函数分析:$Y = X^3$在全体实数范围内严格单调递增,反函数为$x = y^{1/3}$,导数为$h'(y) = \dfrac{1}{3} y^{-2/3}$。
公式应用:
$f_Y(y) = f_X(y^{1/3}) \cdot \left| \dfrac{1}{3} y^{-2/3} \right| = \dfrac{1}{3} y^{-2/3} f_X(y^{1/3}), \quad y \neq 0$
注意:当$y = 0$时,$X = 0$,此时概率密度需单独分析,但题目未特别要求,故直接应用公式。
第(2)题
函数分析:$Y = X^2$在$x > 0$时严格单调递增,反函数为$x = \sqrt{y}$,导数为$h'(y) = \dfrac{1}{2} y^{-1/2}$。
公式应用:
$f_Y(y) = f_X(\sqrt{y}) \cdot \dfrac{1}{2} y^{-1/2} = \dfrac{1}{2\sqrt{y}} e^{-\sqrt{y}}, \quad y > 0$
注意:由于$f_X(x) = 0$当$x \leq 0$,故$Y$的定义域为$y > 0$,其他情况概率密度为0。