设随机变量 X 在 [-(1)/(2), (1)/(2)] 上服从均匀分布,又 Y = sin ax,则 D(Y)= ( )A. (1)/(3)B. (1)/(2)C. (1)/(4)D. (1)/(5)
A. $\frac{1}{3}$
B. $\frac{1}{2}$
C. $\frac{1}{4}$
D. $\frac{1}{5}$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查均匀分布的方差计算,以及利用奇偶函数的积分性质简化计算过程。
解题核心思路:
- 确定概率密度函数:由于$X$在$[-\frac{1}{2}, \frac{1}{2}]$上服从均匀分布,其概率密度函数为$f(x) = 1$。
- 计算期望$E(Y)$:利用奇函数在对称区间上的积分性质,直接得出$E(Y) = 0$。
- 计算$E(Y^2)$:通过三角恒等式$\sin^2(\theta) = \frac{1 - \cos(2\theta)}{2}$展开,并结合偶函数的积分性质简化计算。
- 求方差$D(Y)$:根据方差公式$D(Y) = E(Y^2) - [E(Y)]^2$得出结果。
破题关键点:
- 奇偶性简化积分:利用$\sin(\pi x)$为奇函数,直接得出$E(Y) = 0$。
- 三角恒等式应用:将$\sin^2(\pi x)$转化为$\frac{1 - \cos(2\pi x)}{2}$,简化积分计算。
- 对称区间积分性质:$\cos(2\pi x)$在对称区间上的积分为零。
1. 计算期望$E(Y)$
由于$Y = \sin(\pi X)$,且$\sin(\pi x)$在$[-\frac{1}{2}, \frac{1}{2}]$上是奇函数,积分结果为0:
$E(Y) = \int_{-\frac{1}{2}}^{\frac{1}{2}} \sin(\pi x) \cdot 1 \, dx = 0.$
2. 计算$E(Y^2)$
利用三角恒等式$\sin^2(\theta) = \frac{1 - \cos(2\theta)}{2}$:
$E(Y^2) = \int_{-\frac{1}{2}}^{\frac{1}{2}} \sin^2(\pi x) \, dx = \int_{-\frac{1}{2}}^{\frac{1}{2}} \frac{1 - \cos(2\pi x)}{2} \, dx.$
拆分为两部分积分:
$\int_{-\frac{1}{2}}^{\frac{1}{2}} \frac{1}{2} \, dx - \int_{-\frac{1}{2}}^{\frac{1}{2}} \frac{\cos(2\pi x)}{2} \, dx.$
第一项积分结果为$\frac{1}{2} \cdot 1 = \frac{1}{2}$,第二项中$\cos(2\pi x)$在对称区间上的积分为0,因此:
$E(Y^2) = \frac{1}{2}.$
3. 计算方差$D(Y)$
根据方差公式:
$D(Y) = E(Y^2) - [E(Y)]^2 = \frac{1}{2} - 0^2 = \frac{1}{2}.$