题目
12.(10.0分)设X服从参数λ=1的指数分布,求Y=e^X的概率密度.
12.(10.0分)设X服从参数λ=1的指数分布,求$Y=e^{X}$的概率密度.
题目解答
答案
设 $ X $ 服从参数 $ \lambda = 1 $ 的指数分布,其概率密度函数为:
\[ f_X(x) = \begin{cases}
e^{-x} & x > 0, \\
0 & \text{其他}.
\end{cases} \]
令 $ Y = e^X $,则 $ X = \ln Y $。当 $ x > 0 $ 时,$ y > 1 $。利用变量变换公式:
\[ f_Y(y) = f_X(\ln y) \left| \frac{d(\ln y)}{dy} \right| = e^{-\ln y} \cdot \frac{1}{y} = \frac{1}{y^2}. \]
因此,$ Y $ 的概率密度函数为:
\[ \boxed{\begin{cases}
\frac{1}{y^2} & y > 1, \\
0 & \text{其他}.
\end{cases}} \]
解析
本题考查随机变量函数的概率密度求解,解题思路是先确定已知随机变量$X$的概率密度函数,再通过变量变换得到$Y$与$X$的关系,最后利用变量变换公式求出$Y$的概率密度函数。
- 确定$X$的概率密度函数:
已知$X$服从参数$\lambda = 1$的指数分布,根据指数分布的概率密度函数公式$f_X(x)=\begin{cases}\lambda e^{-\lambda x},&x\gt0\\0,&\text{其他}\end{cases}$,可得$X$的概率密度函数为:
$f_X(x)=\begin{cases}e^{-x},&x\gt0\\0,&\text{其他}\end{cases}$ - 进行变量变换:
令$Y = e^X$,则$X = \ln Y$。
当$x\gt0$时,$y = e^x\gt e^0 = 1$。 - 利用变量变换公式求$Y$的概率密度函数:
变量变换公式为$f_Y(y)=f_X(h(y))\left|\frac{dh(y)}{dy}\right|$,其中$h(y)$是$y$关于$x$的反函数,这里$h(y)=\ln y$。
先对$h(y)=\ln y$求导,根据求导公式$(\ln x)^\prime=\frac{1}{x}$,可得$\frac{d(\ln y)}{dy}=\frac{1}{y}$。
再将$X = \ln Y$代入$f_X(x)$中,得到$f_X(\ln y)=e^{-\ln y}$。
根据对数运算法则$a^{\log_a b}=b$,可得$e^{-\ln y}=e^{\ln y^{-1}}=\frac{1}{y}$。
将$f_X(\ln y)=\frac{1}{y}$和$\left|\frac{d(\ln y)}{dy}\right|=\frac{1}{y}$代入变量变换公式,可得:
$f_Y(y)=f_X(\ln y)\left|\frac{d(\ln y)}{dy}\right|=\frac{1}{y}\cdot\frac{1}{y}=\frac{1}{y^2}$,其中$y\gt1$。
当$y\leq1$时,$f_Y(y)=0$。
综上,$Y$的概率密度函数为$f_Y(y)=\begin{cases}\frac{1}{y^2},&y\gt1\\0,&\text{其他}\end{cases}$。