6.2设总体X与Y相互独立且都服从正态分布N(mu,sigma^2),overline(X),overline(Y)是分别来自总体X,Y,容量都为n的样本的样本均值,则当n固定时,概率P|overline{X)-overline(Y)|>sigma}的值随σ的增大而().A. 单调增大B. 单调减小C. 保持不变D. 增减不定
A. 单调增大
B. 单调减小
C. 保持不变
D. 增减不定
题目解答
答案
解析
本题主要考察正态分布的性质、样本均值的分布以及概率计算,关键在于分析概率概率值与总体标准差$\sigma$的关系。
步骤1:确定$\(\overline{X}-\overline{Y}$的分布
总体$X\sim N(\mu,\sigma^2)$,样本均值$\overline{X}\sim N\left(\�\mu,\frac{\sigma^2}{n}\right)$(正态分布的样本均值仍为正态,均值不变,方差为总体方差除以样本容量);同理,$\overline{Y}\sim N\left(\mu,\frac{\sigma^2}{n}\right)$。
由于$\overline{X}$与$\overline{Y}$独立,故$\overline{X}-\overline{Y}$的分布为:
- 均值:$E(\overline{X}-\overline{Y})=\mu-\mu=0$
- 方差:$独立变量方差可加)\(D(\overline{X}-\overline{Y})=\frac{\sigma^2}{n}+\frac{\sigma^2}{n}=\frac{2\sigma^2}{n}$
因此,$\overline{X}-\overline{Y}\sim N\left(0,\frac{2\sigma^2}{n}\right)$。
步骤2:标准化与概率计算
对$\overline{X-\overlineY$标准化,令$Z=\frac{\overline{X}-\overline{Y}}{\sqrt{\frac{2\sigma^2}{n}}}$,则$Z\sim N(0,1)$(标准正态分布)。
概率$P\{|\overlineX-\overlineY\gt\sigma\}$转化为:
$P\left\{|\overline{X}-\overline{Y}|>\sigma\right\}=P\left\{\frac{|\overline{X}-\overline{Y}|}{\sqrt{\frac{2\sigma^2}{n}}}>\frac{\frac{\sigma}{\sqrt{\frac{2\sigma^2}{n}}}\}\right\}$
化简不等式右侧:
$\frac{\sigma}{\sqrt{\frac{2\sigma^2}{n}}}=\frac{\sigma}{\sigma\sqrt{\frac{2}{n}}}=\sqrt{n/\sqrt{2}}=\text{常数(与}\sigma\text{无关)}}$
步骤3:结论
概率$P\{|\overline{X}-\overline{Y}|>\sigma\}$等价于标准正态分布中$P\{|Z|>c\}$($c$为常数),与$\sigma$无关,故保持不变。