设随机变量X的概率密度为f(x)=} cx, & 0 leq x leq 1 0, & (其他) ;(0.5分) (4) 分布函数F(x). (0.5分)
设随机变量X的概率密度为$f(x)=\begin{cases} cx, & 0 \leq x \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$
求:(1) 常数c;(0.5分) (2) $P\{-0.3 < X < 0.7\}$;(0.5分) (3) 常数a,使$P\{X > a\} = P\{X < a\}$;(0.5分) (4) 分布函数$F(x)$. (0.5分)
题目解答
答案
(1) 由概率密度函数性质 $\int_{-\infty}^{\infty} f(x) \, dx = 1$,得
$\int_{0}^{1} cx \, dx = \frac{c}{2} = 1 \implies c = 2$
答案: $c = 2$
(2) 计算 $P\{-0.3 < X < 0.7\}$,
$P\{-0.3 < X < 0.7\} = \int_{0}^{0.7} 2x \, dx = 0.49$
答案: $0.49$
(3) 令 $P\{X > a\} = P\{X < a\}$,则 $F(a) = \frac{1}{2}$,
$F(a) = a^2 = \frac{1}{2} \implies a = \frac{\sqrt{2}}{2}$
答案: $a = \frac{\sqrt{2}}{2}$
(4) 分布函数 $F(x)$ 为,
$F(x) = \begin{cases} 0, & x < 0 \\ x^2, & 0 \leq x \leq 1 \\ 1, & x > 1 \end{cases}$
答案:
$\boxed{
\begin{cases} 0, & x < 0 \\ x^2, & 0 \leq x \leq 1 \\ 1, & x > 1 \end{cases}
}$
$\boxed{\begin{array}{ccccc}\text{(1) } c = 2 \\\text{(2) } P\{-0.3 < X < 0.7\} = 0.49 \\\text{(3) } a = \frac{\sqrt{2}}{2} \\\text{(4) } F(x) = \begin{cases} 0, & x < 0 \\ x^2, & 0 \leq x \leq 1 \\ 1, & x > 1 \end{cases}\end{array}}$
解析
本题主要考查概率密度函数的性质、概率的计算、分布函数的性质以及分布函数的求解。解题思路如下:
- 求常数$c$:
- 根据概率密度函数的性质,对于随机变量$X$的概率密度函数$f(x)$,有$\int_{-\infty}^{\infty} f(x) \, dx = 1$。
- 已知$f(x)=\begin{cases} cx, & 0 \leq x \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$,则$\int_{-\infty}^{\infty} f(x) \, dx=\int_{0}^{1} cx \, dx$。
- 计算定积分$\int_{0}^{1} cx \, dx$,根据定积分公式$\int x^n dx=\frac{1}{n + 1}x^{n + 1}+C$($n\neq -1$),可得$\int_{0}^{1} cx \, dx = c\int_{0}^{1} x \, dx = c\times[\frac{1}{2}x^2]_0^1 = c\times(\frac{1}{2}\times1^2 - \frac{1}{2}\times0^2)=\frac{c}{2}$。
- 因为$\int_{-\infty}^{\infty} f(x) \, dx = 1$,所以$\frac{c}{2} = 1$,解得$c = 2$。
- 求$P\{-0.3 < X < 0.7\}$:
- 由概率的计算公式$P\{a < X < b\} = \int_{a}^{b} f(x) \, dx$,已知$c = 2$,则$f(x)=\begin{cases} 2x, & 0 \leq x \leq 1 \\ 0, & \text{其他} \end{cases}$。
- 所以$P\{-0.3 < X < 0.7\} = \int_{-0.3}^{0.7} f(x) \, dx$,因为当$x < 0$时,$f(x) = 0$,所以$\int_{-0.3}^{0.7} f(x) \, dx=\int_{0}^{0.7} 2x \, dx$。
- 计算定积分$\int_{0}^{0.7} 2x \, dx = 2\int_{0}^{0.7} x \, dx = 2\times[\frac{1}{2}x^2]_0^{0.7} = 2\times(\frac{1}{2}\times0.7^2 - \frac{1}{2}\times0^2)= 0.7^2 = 0.49$。
- 求常数$a$,使$P\{X > a\} = P\{X < a\}$:
- 因为$P\{X > a\} + P\{X < a\} = 1$,且$P\{X > a\} = P\{X < a\}$,所以$P\{X < a\} = \frac{1}{2}$。
- 而$P\{X < a\} = F(a)$,即$F(a) = \frac{1}{2}$。
- 先求分布函数$F(x)$,当$0\leq x\leq1$时,$F(x)=\int_{-\infty}^{x} f(t) \, dt=\int_{0}^{x} 2t \, dt = [t^2]_0^x = x^2$。
- 所以$F(a) = a^2 = \frac{1}{2}$,解得$a = \pm\frac{\sqrt{2}}{2}$,又因为$0\leq a\leq1$,所以$a = \frac{\sqrt{2}}{2}$。
- 求分布函数$F(x)$:
- 分布函数$F(x)=\int_{-\infty}^{x} f(t) \, dt$,需要分情况讨论:
- 当$x < 0$时,$f(t) = 0$,则$F(x)=\int_{-\infty}^{x} f(t) \, dt = 0$。
- 当$0\leq x\leq1$时,$F(x)=\int_{-\infty}^{x} f(t) \, dt=\int_{0}^{x} 2t \, dt = [t^2]_0^x = x^2$。
- 当$x > 1$时,$F(x)=\int_{-\infty}^{x} f(t) \, dt=\int_{0}^{1} 2t \, dt + \int_{1}^{x} 0 \, dt = [t^2]_0^1 + 0 = 1$。
- 综上,$F(x) = \begin{cases} 0, & x < 0 \\ x^2, & 0 \leq x \leq 1 \\ 1, & x > 1 \end{cases}$。
- 分布函数$F(x)=\int_{-\infty}^{x} f(t) \, dt$,需要分情况讨论: