27.设随机变量X,Y相互独立,它们都在区间(0,1)上服从均匀分布,A是以X,Y为边长的矩形的面积,求A的概率密度。
27.设随机变量X,Y相互独立,它们都在区间(0,1)上服从均匀分布,A是以X,Y为边长的矩形的面积,求A的概率密度。
题目解答
答案
解:由题可知X,Y的概率密度分别为

面积A=XY的概率密度

仅当
时上述积分的被积函数不等于0
则
解析
考查要点:本题主要考查两个独立均匀分布随机变量乘积的分布求解,涉及概率密度函数的卷积运算及变量积分区间的确定。
解题核心思路:
- 独立变量乘积的密度公式:利用独立随机变量乘积的密度函数公式,通过积分求解。
- 积分区间分析:根据变量的取值范围(0 < X, Y < 1),确定积分上下限,确保被积函数非零。
- 积分计算:正确计算积分表达式,得到最终的密度函数形式。
破题关键点:
- 变量约束条件:X和Y均在(0,1)内,因此乘积A = XY的取值范围为(0,1)。
- 积分区间推导:当A = z时,X需满足z < X < 1,从而确定积分上下限。
设随机变量X和Y独立且均服从区间(0,1)上的均匀分布,其概率密度函数分别为:
$f_X(x) =
\begin{cases} 1, & 0 < x < 1, \\0, & \text{其他},\end{cases}
\quad
f_Y(y) =
\begin{cases} 1, & 0 < y < 1, \\0, & \text{其他}.\end{cases}$
目标:求A = XY的概率密度函数$f_A(a)$。
步骤1:应用乘积分布公式
根据独立随机变量乘积的密度公式:
$f_A(a) = \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{|x|} f_X(x) f_Y\left(\frac{a}{x}\right) dx.$
步骤2:确定积分区间
由于X和Y均在(0,1)内,需满足:
- $0 < x < 1$;
- $0 < \frac{a}{x} < 1$,即$x > a$。
因此,积分区间为$x \in (a, 1)$。
步骤3:代入并计算积分
当$0 < a < 1$时:
$f_A(a) = \int_{a}^{1} \frac{1}{x} \cdot 1 \cdot 1 \, dx = \int_{a}^{1} \frac{1}{x} dx = \ln x \Big|_{a}^{1} = -\ln a.$
当$a \leq 0$或$a \geq 1$时,积分区间为空,故$f_A(a) = 0$。