设随机变量 X_1, X_2, ..., X_n, ... 相互独立,且 X_i 都服从参数 lambda 为 (1)/(2) 的指数分布,则当 n 充分大时,随机变量 Z_n = (1)/(n) sum_(i=1)^n X_i 的概率分布近似服从().A. N(2,4)B. N(2n,4n)C. N((1)/(2), (1)/(4n))D. N(2, (4)/(n))
A. $N(2,4)$
B. $N(2n,4n)$
C. $N\left(\frac{1}{2}, \frac{1}{4n}\right)$
D. $N\left(2, \frac{4}{n}\right)$
题目解答
答案
解析
本题考查知识点为独立同分布的中心极限定理。解题思路是先根据指数分布的性质求出随机变量$X_i$的期望和方差,再利用独立同分布的中心极限定理确定$Z_n = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i$的近似概率分布。
步骤一:求$X_i$的期望和方差
已知$X_i$都服从参数$\lambda$为$\frac{1}{2}$的指数分布。
对于指数分布$E(X)=\frac{1}{\lambda}$,$D(X)=\frac{1}{\lambda^2}$,将$\lambda = \frac{1}{2}$代入可得:
$E(X_i)=\frac{1}{\frac{1}{2}} = 2$
$D(X_i)=\frac{1}{(\frac{1}{2})^2} = 4$
步骤二:求$\sum_{i=1}^n X_i$的期望和方差
因为$X_1, X_2, \cdots, X_n, \cdots$相互独立,根据期望和方差的性质:
若$X_1, X_2, \cdots, X_n$相互独立,则$E(\sum_{i=1}^n X_i)=\sum_{i=1}^n E(X_i)$,$D(\sum_{i=1}^n X_i)=\sum_{i=1}^n D(X_i)$。
所以$E(\sum_{i=1}^n X_i)=\sum_{i=1}^n E(X_i)=n\times2 = 2n$
$D(\sum_{i=1}^n X_i)=\sum_{i=1}^n D(X_i)=n\times4 = 4n$
步骤三:求$Z_n = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i$的期望和方差
根据期望和方差的性质:
若$Y=aX+b$($a,b$为常数),则$E(Y)=aE(X)+b$,$D(Y)=a^2D(X)$。
对于$Z_n = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i$,其中$a = \frac{1}{n}$,$b = 0$,可得:
$E(Z_n)=E(\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i)=\frac{1}{n}E(\sum_{i=1}^n X_i)=\frac{1}{n}\times2n = 2$
$D(Z_n)=D(\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i)=(\frac{1}{n})^2D(\sum_{i=1}^n X_i)=\frac{1}{n^2}\times4n = \frac{4}{n}$
步骤四:根据中心极限定理确定$Z_n$的近似概率分布
由独立同分布的中心极限定理可知,当$n$充分大时,$\sum_{i=1}^n X_i$近似服从正态分布$N(2n, 4n)$,那么$Z_n = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i$近似服从正态分布$N(2, \frac{4}{n})$。