设 X 是一个随机变量,EX = mu,DX = sigma^2 (mu, sigma > 0 为常数),则对任意常数 c,必有A. E(X - c)^2 = EX^2 - c^2B. E(X - c)^2 = E(X - mu)^2C. E(X - c)^2 D. E(X - c)^2 geq E(X - mu)^2
A. $E(X - c)^2 = EX^2 - c^2$
B. $E(X - c)^2 = E(X - \mu)^2$
C. $E(X - c)^2 < E(X - \mu)^2$
D. $E(X - c)^2 \geq E(X - \mu)^2$
题目解答
答案
解析
本题考查随机变量的数学期望和方差的性质,解题的关键思路是将$E(X - c)^2$展开化简,然后通过与$E(X - \mu)^2$比较来判断各个选项的正确性。
步骤一:展开$E(X - c)^2$
根据完全平方公式$(a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2$,将$(X - c)^2$展开可得$(X - c)^2 = X^2 - 2cX + c^2$。
再根据数学期望的性质$E(aY + bZ)=aE(Y)+bE(Z)$($a,b$为常数,$Y,Z$为随机变量),对$E(X - c)^2$进行计算:
$E(X - c)^2 = E(X^2 - 2cX + c^2)=E(X^2)-2cE(X)+c^2$
已知$E(X)=\mu$,则$E(X - c)^2 = E(X^2)-2c\mu + c^2$。
步骤二:分析$E(X - \mu)^2$
同样根据完全平方公式将$(X - \mu)^2$展开得$(X - \mu)^2 = X^2 - 2\mu X + \mu^2$。
再根据数学期望的性质可得:
$E(X - \mu)^2 = E(X^2 - 2\mu X + \mu^2)=E(X^2)-2\mu E(X)+\mu^2$
因为$E(X)=\mu$,所以$E(X - \mu)^2 = E(X^2)-2\mu^2 + \mu^2=E(X^2)-\mu^2$。
步骤三:计算$E(X - c)^2 - E(X - \mu)^2$
将$E(X - c)^2 = E(X^2)-2c\mu + c^2$和$E(X - \mu)^2 = E(X^2)-\mu^2$代入$E(X - c)^2 - E(X - \mu)^2$可得:
$\begin{align*}E(X - c)^2 - E(X - \mu)^2&=(E(X^2)-2c\mu + c^2)-(E(X^2)-\mu^2)\\&=E(X^2)-2c\mu + c^2 - E(X^2)+\mu^2\\&=c^2 - 2c\mu + \mu^2\\&=(c - \mu)^2\end{align*}$
因为任何数的平方都大于等于$0$,即$(c - \mu)^2\geq0$,所以$E(X - c)^2 - E(X - \mu)^2\geq0$,移项可得$E(X - c)^2 \geq E(X - \mu)^2$。
步骤四:分析各个选项
- 选项A:$E(X - c)^2 = E(X^2)-2c\mu + c^2\neq EX^2 - c^2$,所以选项A错误。
- 选项B:由前面计算可知$E(X - c)^2 = E(X^2)-2c\mu + c^2$,$E(X - \mu)^2 = E(X^2)-\mu^2$,一般情况下$E(X - c)^2 \neq E(X - \mu)^2$,所以选项B错误。
- 选项C:因为$E(X - c)^2 \geq E(X - \mu)^2$,而不是$E(X - c)^2 < E(X - \mu)^2$,所以选项C错误。
- 选项D:前面已证明$E(X - c)^2 \geq E(X - \mu)^2$,所以选项D正确。