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数学
题目

设二维随机变量(X,Y)的概率分布为YX -1 0 1-1 a 0 0.20 0.1 b 0.21 0 0.1 c其中a,b,c为常数,且X的数学期望EX=-0.2,P(Y≤0|X≤0)=0.5,记Z=X+Y,求:(Ⅰ)a,b,c的值;(Ⅱ)Z的概率分布;(Ⅲ)P(X=Z).

设二维随机变量(X,Y)的概率分布为 YX -1 0 1-1 a 0 0.20 0.1 b 0.21 0 0.1 c其中a,b,c为常数,且X的数学期望EX=-0.2,P{Y≤0|X≤0}=0.5,记Z=X+Y,求:(Ⅰ)a,b,c的值;(Ⅱ)Z的概率分布;(Ⅲ)P{X=Z}.

题目解答

答案

(I)由概率分布的性质知:a+0.2+0.1+b+0.2+0.1+c=1,即:a+b+c=0.4…①由(X,Y)可写出X的边缘概率分布为:       X -1         0        1       P     a+0.2        b+0.3       c+0.1故:EX=-(a+0.2)+(c+0.1)=-0.2,即:a-c=0.1…②又因为:0.5=P{ Y≤0|X≤0}=P{X≤0,Y≤0}P{X≤0}=a+b+0.1a+b+0.5,整理即得:a+b=0.3…③将①,②,③联立解方程组得:a=0.2,b=0.1,c=0.1.(II)Z的可能取值为:-2,-1,0,1,2,则:P{Z=-2}=P{X+Y=-2}=P{X=-1,Y=-1}=0.2,P{Z=-1}=P{X=-1,Y=0}+P{X=0,Y=-1}=0.1,P{Z=0}=P{X=-1,Y=1}+P{X=0,Y=0}+P{X=1,Y=-1}=0.3,P{Z=1}=P{X=1,Y=0}+P{X=0,Y=1}=0.3,P{Z=2}=P{X=1,Y=1}=0.1.故Z的概率分布为:Z -2 -1     0     1     2P    0.2     0.1     0.3     0.3     0.1(Ⅲ) P{X=Z}=P{X=X+Y}=P{Y=0}=0+0.1+0.1=0.2.

解析

本题考查二维随机变量的联合概率分布、边缘分布、条件概率、数学期望的计算,以及随机变量函数的分布。核心思路是:

  1. 利用概率和为1建立方程;
  2. 通过边缘分布计算数学期望,建立方程;
  3. 应用条件概率公式,建立方程;
  4. 枚举法求随机变量函数的分布;
  5. 事件等价转换求特定概率。

(Ⅰ)求$a$,$b$,$c$的值

步骤1:概率和为1

所有联合概率之和为1:
$a + 0.2 + 0.1 + b + 0.2 + 0.1 + c = 1 \implies a + b + c = 0.4 \quad \text{①}$

步骤2:计算数学期望$EX$

X的边缘分布为:
$\begin{array}{c|c|c}X & -1 & 0 & 1 \\\hlineP & a+0.2 & b+0.3 & c+0.1 \\\end{array}$
数学期望:
$EX = (-1)(a+0.2) + 0 \cdot (b+0.3) + 1 \cdot (c+0.1) = -a + c - 0.1$
由$EX = -0.2$得:
$-a + c - 0.1 = -0.2 \implies c = a - 0.1 \quad \text{②}$

步骤3:条件概率$P\{Y \leq 0 \mid X \leq 0\} = 0.5$

计算分子$P\{X \leq 0, Y \leq 0\} = a + 0.1 + b$,分母$P\{X \leq 0\} = a + b + 0.5$,由条件概率公式:
$\frac{a + b + 0.1}{a + b + 0.5} = 0.5 \implies a + b = 0.3 \quad \text{③}$

步骤4:联立方程组

联立①、②、③解得:
$a = 0.2, \quad b = 0.1, \quad c = 0.1$

(Ⅱ)求$Z = X + Y$的概率分布

步骤1:确定$Z$的可能取值

$Z$的取值范围为$-2, -1, 0, 1, 2$。

步骤2:计算各取值概率

  • $P(Z = -2) = P(X = -1, Y = -1) = a = 0.2$
  • $P(Z = -1) = P(X = -1, Y = 0) + P(X = 0, Y = -1) = 0 + 0.1 = 0.1$
  • $P(Z = 0) = P(X = -1, Y = 1) + P(X = 0, Y = 0) + P(X = 1, Y = -1) = 0.2 + b + 0 = 0.3$
  • $P(Z = 1) = P(X = 0, Y = 1) + P(X = 1, Y = 0) = 0.2 + 0.1 = 0.3$
  • $P(Z = 2) = P(X = 1, Y = 1) = c = 0.1$

(Ⅲ)求$P\{X = Z\}$

步骤1:事件等价转换

$X = Z \implies X = X + Y \implies Y = 0$。

步骤2:计算$Y = 0$的概率

$P(Y = 0) = P(X = -1, Y = 0) + P(X = 0, Y = 0) + P(X = 1, Y = 0) = 0 + b + 0.1 = 0.2$

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