3.设X_(1),...,X_(6)为总体Xsim N(0,1)的一个样本,且cY服从chi^2分布,这里,Y=(X_(1)+X_(2)+X_(3))^2+(X_(4)+X_(5)+X_(6))^2,则c=_____.(答案用分数表示)
题目解答
答案
根据题目给出的条件,我们需要确定常数 $c$ 的值,使得 $cY$ 服从 $\chi^2$ 分布。
已知 $X_1, \cdots, X_6$ 为总体 $X \sim N(0,1)$ 的一个样本,这意味着 $X_1, X_2, \cdots, X_6$ 是相互独立且都服从标准正态分布 $N(0,1)$ 的随机变量。
给定的表达式为:
$Y = (X_1 + X_2 + X_3)^2 + (X_4 + X_5 + X_6)^2$
第一步:分析 $X_1 + X_2 + X_3$ 的分布
令 $U = X_1 + X_2 + X_3$。
因为 $X_1, X_2, X_3$ 相互独立且服从 $N(0,1)$,根据正态分布的可加性,它们的和 $U$ 也服从正态分布。
其期望为:$E(U) = E(X_1) + E(X_2) + E(X_3) = 0 + 0 + 0 = 0$
其方差为:$D(U) = D(X_1) + D(X_2) + D(X_3) = 1 + 1 + 1 = 3$
因此,$U \sim N(0, 3)$。
第二步:分析 $X_4 + X_5 + X_6$ 的分布
同理,令 $V = X_4 + X_5 + X_6$。
$V$ 也服从正态分布,其期望为 $0$,方差为 $3$。
因此,$V \sim N(0, 3)$。
第三步:标准化并构造 $\chi^2$ 分布
由于 $U \sim N(0, 3)$,将其标准化得到 $\frac{U}{\sqrt{3}} \sim N(0, 1)$。
同理,$\frac{V}{\sqrt{3}} \sim N(0, 1)$。
根据 $\chi^2$ 分布的定义,独立标准正态分布随机变量的平方和服从 $\chi^2$ 分布。
因此,$\left(\frac{U}{\sqrt{3}}\right)^2 \sim \chi^2(1)$,且 $\left(\frac{V}{\sqrt{3}}\right)^2 \sim \chi^2(1)$。
因为 $X_1, \cdots, X_6$ 相互独立,所以 $U$ 和 $V$ 也相互独立。
两个独立的 $\chi^2(1)$ 分布变量之和服从自由度为 $2$ 的 $\chi^2$ 分布,即:
$\left(\frac{U}{\sqrt{3}}\right)^2 + \left(\frac{V}{\sqrt{3}}\right)^2 \sim \chi^2(2)$
第四步:求解 $c$
将上述表达式展开:
$\frac{U^2}{3} + \frac{V^2}{3} \sim \chi^2(2)$
$\frac{1}{3}(U^2 + V^2) \sim \chi^2(2)$
已知 $Y = U^2 + V^2 = (X_1 + X_2 + X_3)^2 + (X_4 + X_5 + X_6)^2$,代入上式得:
$\frac{1}{3}Y \sim \chi^2(2)$
题目要求 $cY$ 服从 $\chi^2$ 分布,对比可知 $c = \frac{1}{3}$。
结论:
$c = \frac{1}{3}$