题目
设随机变量X,Y服从二维正态分布Xsim N(1,1),Ysim N(1,4),rho_(XY)=(1)/(2),则下列随机变量中服从标准正态分布的是()A. (sqrt(5))/(5)(X+Y)B. (sqrt(5))/(5)(X-Y)C. (sqrt(3))/(3)(X+Y)D. (sqrt(3))/(3)(X-Y)
设随机变量$X,Y$服从二维正态分布$X\sim N(1,1),Y\sim N(1,4),\rho_{XY}=\frac{1}{2}$,则下列随机变量中服从标准正态分布的是()
A. $\frac{\sqrt{5}}{5}(X+Y)$
B. $\frac{\sqrt{5}}{5}(X-Y)$
C. $\frac{\sqrt{3}}{3}(X+Y)$
D. $\frac{\sqrt{3}}{3}(X-Y)$
题目解答
答案
D. $\frac{\sqrt{3}}{3}(X-Y)$
解析
考查要点:本题主要考查二维正态分布下线性组合的期望与方差计算,以及标准正态分布的判定条件。
解题核心思路:
- 标准正态分布的条件:随机变量需满足均值为0,方差为1。
- 线性组合的期望与方差:对于形如$Z = aX + bY$的线性组合,需计算$E(Z)$和$D(Z)$,并验证是否满足标准正态分布的条件。
- 协方差的计算:利用相关系数$\rho_{XY}$和方差公式计算协方差$\text{Cov}(X,Y)$,进而求出方差$D(Z)$。
破题关键点:
- 期望为0:线性组合的系数需满足$aE(X) + bE(Y) = 0$。
- 方差为1:通过方差公式$D(Z) = a^2D(X) + b^2D(Y) + 2ab\text{Cov}(X,Y)$验证。
步骤1:计算协方差
已知$\rho_{XY} = \frac{1}{2}$,$D(X)=1$,$D(Y)=4$,则:
$\text{Cov}(X,Y) = \rho_{XY} \sqrt{D(X)D(Y)} = \frac{1}{2} \times \sqrt{1 \times 4} = 1.$
步骤2:逐项分析选项
选项D:$Z = \frac{\sqrt{3}}{3}(X - Y)$
- 期望:
$E(Z) = \frac{\sqrt{3}}{3}(E(X) - E(Y)) = \frac{\sqrt{3}}{3}(1 - 1) = 0.$ - 方差:
$\begin{aligned}D(Z) &= \left(\frac{\sqrt{3}}{3}\right)^2 \left[D(X) + D(Y) - 2\text{Cov}(X,Y)\right] \\&= \frac{1}{3} \left[1 + 4 - 2 \times 1\right] \\&= \frac{1}{3} \times 3 = 1.\end{aligned}$
结论:满足标准正态分布条件。
其他选项分析(简要)
- 选项A:$\frac{\sqrt{5}}{5}(X+Y)$
$E(Z) = \frac{2\sqrt{5}}{5} \neq 0$,排除。 - 选项B:$\frac{\sqrt{5}}{5}(X-Y)$
$D(Z) = \frac{3}{5} \neq 1$,排除。 - 选项C:$\frac{\sqrt{3}}{3}(X+Y)$
$E(Z) = \frac{2\sqrt{3}}{3} \neq 0$,排除。