题目
设X_(1),X_(2),...,X_(10)是来自正态总体N(0,1)的简单随机样本,则统计量Y=(1)/(4)(sum_(i=1)^4X_(i))^2+(1)/(6)(sum_(i=5)^10X_(i))^2服从的分布为()A. N(0,2)B. N(0,10)C. X^2(2)D. X^2(10)
设$X_{1},X_{2},\cdots,X_{10}$是来自正态总体$N(0,1)$的简单随机样本,则统计量$Y=\frac{1}{4}(\sum_{i=1}^{4}X_{i})^{2}+\frac{1}{6}(\sum_{i=5}^{10}X_{i})^{2}$服从的分布为()
A. $N(0,2)$
B. $N(0,10)$
C. $X^{2}(2)$
D. $X^{2}(10)$
题目解答
答案
C. $X^{2}(2)$
解析
本题主要考察正态分布的性质、卡方分布的定义及随机变量的标准化转化,具体思路如下:
步骤1:分析子样本和的分布
题目中$X_1,X_2,\cdots,X_{10}$是来自$N(0,1)$的简单随机样本,因此每个$X_i\sim N(0,1)$且相互独立。
- 前4个变量的和:$A=\sum_{i=1}^4 X_i$,由于独立正态变量的和仍为正态分布,且均值为$0$,方差为$4$(每个$X_i$方差为1,4个变量方差相加),故$A\sim N(0,4)$。
- 后6个变量的和:$B=\sum_{i=5}^{10} X_i$,同理,均值为$0$,方差为$6$,故$B\sim N(0,6)$。
步骤2:标准化转化为标准正态变量
卡方分布的定义是:若$Z\sim N(0,1)$,则$Z^2\sim\chi^2(1)$(自由度为1的卡方分布)。
- 对$A$标准化:$Z_1=\frac{A}{\sqrt{4}}=\frac{A}{2}\sim N(0,1)$,则$Z_1^2=\left(\frac{A}{2}\right)^2=\frac{A^2}{4}$。
- 对$B$标准化:$Z_2=\frac{B}{\sqrt{6}}\sim N(0,1)$,则$Z_2^2=\left(\frac{B}{\sqrt{6}}\right)^2=\frac{B^2}{6}$。
步骤3:统计量$Y$的分布
题目中$Y=\frac{1}{4}A^2+\frac{1}{6}B^2$,代入上述标准化结果得:
$Y=Z_1^2+Z_2^2$。
由于$Z_1$和$Z_2$是独立的标准正态变量(样本独立导致$A$和$B$独立,进而$Z_1$和$Z_2$独立),根据卡方分布的可加性:独立的$\chi^2(k_1)$和$\chi^2(k_2)$之和服从$\chi^2(k_1+k_2)$,故$Y\sim\chi^2(1+1)=\chi^2(2)$。