设PX=K=dfrac(1)(k(k+1)),k=1,2,···,则E(X)=(,,,,,)A. 0B. 1C. 0.5D. 不存在
A. 0
B. 1
C. 0.5
D. 不存在
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查离散型随机变量的期望计算,以及对级数收敛性的判断能力。
解题核心思路:
- 验证概率分布的合法性:确认所有概率之和为1。
- 计算期望:通过求和公式展开,判断级数是否收敛。
- 判断级数发散性:利用调和级数的发散性质得出结论。
破题关键点:
- 分式拆分法验证概率和为1。
- 化简期望表达式后,识别出调和级数的发散性。
步骤1:验证概率分布的合法性
概率分布需满足$\sum_{k=1}^{\infty} P\{X=k\} = 1$。
将$P\{X=k\} = \dfrac{1}{k(k+1)}$代入,利用分式拆分:
$\begin{aligned}\sum_{k=1}^{\infty} \dfrac{1}{k(k+1)} &= \sum_{k=1}^{\infty} \left( \dfrac{1}{k} - \dfrac{1}{k+1} \right) \\&= \left(1 - \dfrac{1}{2}\right) + \left(\dfrac{1}{2} - \dfrac{1}{3}\right) + \cdots \\&= 1 \quad (\text{逐项相消后仅剩首项1}).\end{aligned}$
因此,概率分布合法。
步骤2:计算期望$E(X)$
期望公式为:
$E(X) = \sum_{k=1}^{\infty} k \cdot P\{X=k\} = \sum_{k=1}^{\infty} k \cdot \dfrac{1}{k(k+1)} = \sum_{k=1}^{\infty} \dfrac{1}{k+1}.$
步骤3:判断级数收敛性
将级数$\sum_{k=1}^{\infty} \dfrac{1}{k+1}$改写为$\sum_{n=2}^{\infty} \dfrac{1}{n}$,即调和级数$\sum_{n=1}^{\infty} \dfrac{1}{n}$去掉首项。
调和级数是发散的,因此$\sum_{n=2}^{\infty} \dfrac{1}{n}$也发散,说明$E(X)$不存在。