两个均匀分布随机变量概率密度之和的概率密度呈()形状。A. 三角形B. 圆形C. 线形D. 矩形
A. 三角形
B. 圆形
C. 线形
D. 矩形
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查两个独立均匀分布随机变量之和的概率密度函数形状,需要理解卷积运算的应用以及三角形分布的形成原理。
解题核心思路:
- 均匀分布的和:两个独立均匀分布随机变量的和的密度函数可通过卷积计算。
- 分段讨论:根据和的取值范围分段积分,推导出密度函数的表达式。
- 形状判断:通过分段表达式分析密度函数的图形特征,确定其为三角形分布。
破题关键点:
- 明确均匀分布的定义域对和的取值范围的影响。
- 正确划分积分区间,计算不同区间的密度函数表达式。
- 通过表达式斜率的变化判断图形形状。
设两个独立均匀分布随机变量 $X$ 和 $Y$,均服从区间 $[0,1]$ 上的均匀分布,其概率密度函数为:
$f_X(x) =
\begin{cases} 1, & 0 \leq x \leq 1, \\0, & \text{其他},\end{cases}
\quad
f_Y(y) =
\begin{cases} 1, & 0 \leq y \leq 1, \\0, & \text{其他}.\end{cases}$
求 $Z = X + Y$ 的概率密度函数 $f_Z(z)$,需计算卷积:
$f_Z(z) = \int_{-\infty}^{+\infty} f_X(x) f_Y(z - x) \, dx.$
分段讨论:
-
当 $0 \leq z \leq 1$ 时:
$x$ 需满足 $0 \leq x \leq z$(此时 $z - x \in [0,1]$)。
积分结果为:
$f_Z(z) = \int_{0}^{z} 1 \cdot 1 \, dx = z.$ -
当 $1 < z \leq 2$ 时:
$x$ 需满足 $z - 1 \leq x \leq 1$(此时 $z - x \in [0,1]$)。
积分结果为:
$f_Z(z) = \int_{z-1}^{1} 1 \cdot 1 \, dx = 2 - z.$ -
其他情况:
$f_Z(z) = 0$。
结论:
$f_Z(z)$ 的表达式为:
$f_Z(z) =
\begin{cases} z, & 0 \leq z \leq 1, \\2 - z, & 1 < z \leq 2, \\0, & \text{其他}.\end{cases}$
该函数在 $[0,2]$ 内先线性增加后线性减少,形成三角形形状。