设随机变量X_1,X_2独立同分布(方差大于零),令X = X_1 + aX_2, Y = X_1 + bX_2 (a, b neq 0),如果X, Y不相关,则有( )A a和b互为负倒数B a和b可以是任意常数C a和b一定相等D a和b互为倒数
设随机变量$X_1$,$X_2$独立同分布(方差大于零),令$X = X_1 + aX_2, Y = X_1 + bX_2 (a, b \neq 0)$,如果$X, Y$不相关,则有( )
A $a$和$b$互为负倒数
B $a$和$b$可以是任意常数
C $a$和$b$一定相等
D $a$和$b$互为倒数
题目解答
答案
根据题意,我们需要判断随机变量 $X$ 和 $Y$ 不相关时,参数 $a$ 和 $b$ 满足的关系。
推理过程如下:
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已知条件分析:
- 随机变量 $X_1, X_2$ 独立同分布。
- 它们的方差大于零,设 $Var(X_1) = Var(X_2) = \sigma^2$,其中 $\sigma^2 > 0$。
- 因为 $X_1, X_2$ 独立,所以它们的协方差为 $Cov(X_1, X_2) = 0$。
- 令 $X = X_1 + aX_2$,$Y = X_1 + bX_2$,且 $a, b \neq 0$。
- $X$ 和 $Y$ 不相关,这意味着它们的协方差为零,即 $Cov(X, Y) = 0$。
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计算协方差 $Cov(X, Y)$:
利用协方差的性质:$Cov(A+B, C+D) = Cov(A,C) + Cov(A,D) + Cov(B,C) + Cov(B,D)$,我们可以展开 $Cov(X, Y)$:
$Cov(X, Y) = Cov(X_1 + aX_2, X_1 + bX_2)$
$= Cov(X_1, X_1) + Cov(X_1, bX_2) + Cov(aX_2, X_1) + Cov(aX_2, bX_2)$ -
利用协方差的线性性质化简:
$Cov(X_1, X_1) = Var(X_1) = \sigma^2$
$Cov(X_1, bX_2) = b \cdot Cov(X_1, X_2)$
$Cov(aX_2, X_1) = a \cdot Cov(X_2, X_1)$
$Cov(aX_2, bX_2) = a \cdot b \cdot Cov(X_2, X_2) = ab \cdot Var(X_2) = ab\sigma^2$ -
代入已知条件:
因为 $X_1, X_2$ 独立,所以 $Cov(X_1, X_2) = Cov(X_2, X_1) = 0$。
将这些值代入展开式中:
$Cov(X, Y) = \sigma^2 + b \cdot 0 + a \cdot 0 + ab\sigma^2$
$Cov(X, Y) = \sigma^2 + ab\sigma^2$
$Cov(X, Y) = \sigma^2(1 + ab)$ -
应用不相关条件:
题目已知 $X$ 和 $Y$ 不相关,因此 $Cov(X, Y) = 0$。
$\sigma^2(1 + ab) = 0$
又因为题目指出方差大于零,即 $\sigma^2 > 0$,所以必须满足:
$1 + ab = 0$
$ab = -1$ -
得出结论:
由 $ab = -1$ 可知,$a$ 和 $b$ 互为负倒数。
对比选项:
A. $a$ 和 $b$ 互为负倒数
B. $a$ 和 $b$ 可以是任意常数
C. $a$ 和 $b$ 一定相等
D. $a$ 和 $b$ 互为倒数
结论与选项 A 一致。
正确答案是:A