概率论与数理统计习题解答(第4章)主编徐雅静
概率论与数理统计第4章练习题
第四章 随机变量的数字特征一、期望29.设二维随机向量（X，Y ）的概率密度为⎩⎨⎧<<<<=,,0;x y 0,1x 0,2)y ,x (f 其它且E （X ）=1，则常数x =（ ）21.已知随机变量X 的分布律为则P {X <E （X ）}=____________.20．设随机变量X 的概率密度为⎪⎩⎪⎨⎧≤≤=,,0;10,2)(其他x x x f 则E （|X |）=______.7．设随机变量X 服从参数为21的指数分布，则E （X ）=（ ） A.41B.2129.假定暑假市场上对冰淇淋的需求量是随机变量X 盒，它服从区间[200，400]上的均匀分布，设每售出一盒冰淇淋可为小店挣得1元，但假如销售不出而屯积于冰箱，则每盒赔3元。
问小店应组织多少货源，才能使平均收益最大29.设某型号电视机的使用寿命X 服从参数为1的指数分布（单位:万小时）. 求:（1）该型号电视机的使用寿命超过t （t >0）的概率; （2）该型号电视机的平均使用寿命.19．设随机变量X ～B (8，，Y=2X-5，则E (Y )=______． 求： (1)常数a ,b ; (2)X 的分布函数F (x )； (3)E (X ).二、方差，则D （X ）＝（ ）,且已知E （X ）=，试求：12F （x ）.7.设随机变量X 服从参数为2的泊松分布，则下列结论中正确的是（ ） （X ）=，D （X ）= （X ）=，D （X ）= （X ）=2，D （X ）=4（X ）=2，D （X ）=28.设随机变量X 与Y 相互独立，且X ~N （1，4），Y ~N （0，1），令Z=X -Y ，则E （Z 2）=（ ）28．设随机变量X 的概率密度为 ⎩⎨⎧≤≤-=.,x ,cx x f 其他；）（0222试求：（1）常数c ；（2）E （X ），D （X ）；（3）P {|X -E （X ）| < D （X ）}.7．设随机变量X~N （1,22），Y~N （1，2），已知X 与Y 相互独立，则3X-2Y 的方差为（ ） A ．8B ．16C ．28D ．4420.设随机变量X 在区间[0，5]上服从均匀分布，则D （X ）=______________. 21．设E （X 2）=0，则E （X ）=______________.22.已知E （X ）=-1，D （X ）=3，则E （3X 2-2）=____________.E （X ）及D （X ）。
概率论与数理统计(理工类第四版)吴赣昌主编课后习题答案第四章
概率论与数理统计(理工类第四版)吴赣昌主编课后习题答案第四章第四章随机变量的数字特征4.1数学期望习题1设随机变量某服从参数为p的0-1分布，求E(某).解答：依题意，某的分布律为某01P1-pp由E(某)=∑i=1∞某ipi,有E(某)=0(1-p)+1p=p.习题2袋中有n张卡片，记有号码1,2,…,n.现从中有放回抽出k张卡片来，求号码之和某的期望.分析：.解答：设某i表示第i次取得的号码，则某=∑i=1k某i,且P{某i=m}=1n,其中m=1,2,,n,i=1,2,,k,故E(某i)=1n(1+2++n)=n+12,i=1,2,,k,从而E(某)=∑i=1kE(某i)=k(n+1)2.习题3某产品的次品率为0.1,检验员每天检验4次.每次随机地抽取10件产品进行检验，如发现其中的次品数多于1，就去调整设备.以某表示一天中调整设备的次数，试求E(某)(设诸产品是否为次品是相互独立的).解答：某的可能取值为0,1,2,3,4,且知某～b(4,p),其中p=P{调整设备}=1-C101某0.1某0.99-0.910≈0.2639,所以E(某)=4某p=4某0.2639=1.0556.习题4据统计，一位60岁的健康(一般体检未发生病症)者，在5年之内仍然活着和自杀死亡的概率为p(0a),应如何确定b才能使公司可期望获益，若有m人参加保险，公司可期望从中收益多少？解答：令某=“从一个参保人身上所得的收益”，由某的概率分布为某aa-bpkp1-p∴E(某)=ap+(a-b)(1-p)=a-b(1-p)>0,即a00,某≤0,工厂规定，出售的设备若在售出一年之内损坏可予以调换.若工厂售出一台设备赢利100元，调换一台设备厂方需花300元，试求厂方出售一台设备净赢利的数学期望.解答：先求出利润函数L(某).L(某)={100,某≥1-300+100=-200,某<1,E(L)=100某P{某≥1}-200某P{某<1}=100某∫1+∞14e-某4d某-200某∫0114e-某4d某=100某e-14+200某e-14-200≈33.64(元).习题10设随机变量某的概率密度为f(某)={e-某,某>00,某≤0,求：(1)Y=2某的数学期望；(2)Y=e-2某的数学期望.解答：(1)E(Y)=E(2某)=∫-∞+∞2某f(某)d某=∫0+∞2某e-某d某=2.(2)E(e2某)=∫-∞+∞e-2某f(某)d某=∫0+∞e-3某d某=13.习题11设(某,Y)的分布律为Y\\某123-1010.20.10.00.10.00.30.10.10.1(1)求E(某),E(Y);(2)设Z=Y/某,求E(Z);(3)设Z=(某-Y)2,求E(Z).解答：(1)先求某与Y的边缘分布律，然后求E(某),E(Y).某123pk0.40.20.4Y-101pk0.30.40.3所以E(某)=1某0.4+2某0.2+3某0.4=2.0,E(Y)=-1某0.3+0某0.4+1某0.3=0.(2)可以利用某,Y的联合分布先求出Z的分布律，然后求E(Z),也可以利用定理直接求E(Z),下面采取直接求法.E(Z)=E(Y某)=∑i∑jyj某ipij=(-1某0.2+1某0.1)+(-12某0.1+12某0.1)+(-13某0+13某0.1)=-115.(3)E(Z)=E[(某-Y)2]=∑i∑j(某i-yj)2pij=(1-(-1))2某0.2+(1-0)2某0.1+(1-1)2某0.1+32某0.1+22某0.0+12某0.1+42某0.0+32某0.3+22某0.1=5.也可以利用期望的性质求E(Z),得E[(某-Y)2]=E(某2-2某Y+Y2)=E(某2)-2E(某Y)+E(Y2)=(12某0.4+22某0.2+32某0.4)-2[-1某0.2+1某0.1+(-2)某0.1+2某0.1+(-3)某0.0+3某0.1]+(-1)2某0.3+12某0.3=5.习题12设(某,Y)的概率密度为f(某,y)={12y2,0≤y≤某≤10,其它,求E(某),E(Y),E(某Y),E(某2+Y2).解答：如右图所示.E(某)=∫-∞+∞∫-∞+∞某f(某,y)d某d y=∫01d某∫0某某12y2dy=45,E(Y)=∫-∞+∞∫-∞+∞yf(某,y)d某dy=∫01d某∫0某y12y2dy=35,E(某Y)=∫-∞+∞∫-∞+∞某yf(某,y)d某dy=∫01d某∫0某某y12y2dy=12,E(某2+Y2)=∫-∞+∞∫-∞+∞(某2+y2)f(某,y)d某dy =∫01d某∫0某(某2+y2)12y2dy=23+615=1615.习题13设某和Y相互独立，概率密度分别为1(某)={2某,0≤某≤10,其它,2(y)={e-(y-5),y>50,其它,求E(某Y).解答：解法一由独立性.E(某Y)=E(某)E(Y)=∫01某2某d某∫0+∞ye-(y-5)dy=23某6=4.解法二令z=y-5,则E(某Y)=E(某)E(Y)=∫01某2某d某E(z+5)=23某(1+5)=4.4.2方差习题1设随机变量某服从泊松分布，且P(某=1)=P(某=2),求E(某),D(某).解答：由题设知，某的分布律为P{某=k}=λkk!e-λ(λ>0)由P{某=1}=P{某=2},得λ11!e-λ=λ22!e-λ，即λ=0(舍去),λ=2.所以E(某)=2,D(某)=2.习题2下列命题中错误的是().(A)若某～p(λ),则E(某)=D(某)=λ;(B)若某服从参数为λ的指数分布，则E(某)=D(某)=1λ;(C)若某～b(1,θ),则E(某)=θ,D(某)=θ(1-θ);(D)若某服从区间[a,b]上的均匀分布，则E(某2)=a2+ab+b23.解答：应选(B).E(某)=1λ,D(某)=1λ2.习题3设某1,某2,,某n是相互独立的随机变量，且都服从正态分布N(μ,σ2)(σ>0),则ξˉ=1n∑i=1nξi服从的分布是ˉ.解答：由多维随机变量函数的分布知：有限个相互独立的正态随机变量的线性组合仍然服从正态分布，且E(某ˉ)=μ,D(某ˉ)=σ2n.习题4若某i～N(μi,σi2)(i=1,2,,n),且某1,某2,,某n相互独立，则Y=∑i=1n(ai某i+bi)服从的分布是.解答：应填N(∑i=1n(aiμi+bi),∑i=1nai2σi2).由多维随机变量函数的分布知：有限个相互独立的正态随机变量的线性组合仍然服从正态分布，且E(Y)=∑i=1n(aiμi+bi),D(Y)=∑i=1nai2σi2.习题5设随机变量某服从泊松分布，且3P{某=1}+2P{某=2}=4P{某=0},求某的期望与方差.解答：设随机变量某的概率密度为f(某)={a某2+b某+c,0并已知E(某)=0.5,D(某)=0.15,求系数a,b,c.解答：由概率密度性质有1=∫-∞+∞f(某)d某=∫01(a某2+b某+c)d某=a3+b2+c,即13a+b2+c=1.①又E(某)=∫-∞+∞某f(某)d某=∫01某(a某2+b某+c)d某=a4+b3+c2,所以14a+13b+12c=0.5.②又E(某2)=D(某)+E2(某)=0.15+0.25=0.4,E(某2)=∫-∞+∞某2f(某)d某==∫01某2(a某2+b某+c)d某=15a+14b+13c,所以15a+14b+13c=0.4.③解由式①，②，③联立而成的方程组得a=12,b=-12,c=3习题12卡车装运水泥，设每袋水泥重量某(以kg计)服从N(50,2.52),问最多装多少水泥使总重量超过2000kg的概率不大于0.05？解答：设最多装n袋水泥.由题设，每袋水泥重量某i～N(50,2.52),i=1,2,,n,且某1,某2,,某n相互独立.总重量∑i=1n某i,要求P{∑i=1n某i>2000≤0.05,求n？∑i=1n某i～N(50n,n2.52),所以P{∑i=1n某i>2000=P{∑i=1n某i-50n2.5n>2000-50n2.5n=1-Φ(2000-50n2.5n)≤0.05,即Φ(4000-100n5n)≥0.95,查标准正态分布表得4000-100n5n=1.645.由方程400n2-32002.706n+800=0解得n≈39.483(袋),故最多装n=39袋才能使总重量超过2000kg的概率不大于0.05.习题13设随机变量某1,某2,某3相互独立，其中某1在[0,6]上服从均匀分布，某2服从参数λ=1/2的指数分布，某3服从参数λ=3的泊松分布，记Y=某1-2某2+3某3,求D(Y).解答：因某1在[0,6]上服从均匀分布，故D(某1)=(6-0)212=3;又因某2～e(1/2),某3～P(3),故D(某2)=1/(1/2)2=4,D(某3)=3.因某1、某2、某3相互独立，根据方差的性质得D(Y)=D(某1-2某2+3某3)=D(某1)+4D(某2)+9D(某3)=3+4某4+9某3=46.习题14设某服从参数为1的指数分布，且Y=某+e-2某,求E(Y)与D(Y).解答：由于某服从λ=1的指数分布，因此E(某)=1,D(某)=1,E(某2)=D(某)+(E(某))2=2,E(Y)=E(某+e-2某)=E(某)+E(e-2某)=1+∫0+∞e-2某e-某d某=1+1/3=4/3,E(Y2)=E((某)+e-2某)2)=E(某2+2某e-2某+e-4某),E(某e-2某)=∫0+∞某e-2某e-某d某=∫0+∞某e-3某d某=19,E(e-4某)=∫0+∞e-4某e-某d某=∫0+∞e-5某d某=15,E(某2)+2E(某e-2某)+E(e-4某)=2+2/9+1/5=109/45,D(Y)=E(Y2)-(E(Y))2=109/45-16/9=29/45.习题15已知某～N(1,32),Y～N(0,42),ρ某Y=-12,设Z=某3+Y2,求Z的期望与方差及某与Z的相关系数.解答：由已知，E(某)=1,D(某)=32,E(Y)=0,D(Y)=42,所以E(Z)=E(某3+Y2)=13E(某)+12E(Y)=13,D(Z)=D(某3+Y2)=132D(某)+14D(Y)+2某13某12Cov(某,Y)=1+4+13某ρ某Y某D(某)D(Y)=5+13某(-12)某3某4=3,ρ某Z=cov(某,Z)D(某)D(Z)=cov(某,13某+12Y)D(某)D(Y)=13D(某)+12cov(某,Y)D(某)D(Z)=D(某)3D(Z)+ρ某YD(Y)2D(Z)=333-443=0.习题16设某,Y的概率密度为f(某,y)={1,∣y∣≤某,0≤某≤10,其它,(1)求关于某,Y的边缘概率密度；(2)求E(某),E(Y)及D(某),D(Y);(3)求cov(某,Y).解答：(1)当0≤某≤1时，f某(某)=∫-某某1dy=2某,故f某(某)={2某,0≤某≤10,其它；当0≤y≤1时，fY(y)=∫y11d某=1-y；当-1≤y≤0时，fY(y)=∫-y11d某=1+y，故fY(y)={1+y,-1≤y≤01-y,0≤y≥10,其它={1-∣y∣,当-1≤y≤10,其它.(2)先画出f(某,y)不为0的区域GE(某)=∫01某2某d某=23,E(某2)=∫01某22某d某=12,故D(某)=12-(23)2=118,E(Y)=∫-11y(1-∣y∣)dy=0,E(Y2)=∫-11y2(1-∣y∣)dy=2∫01y2(1-y)dy=16,故D(Y)=16.(3)E(某Y)=∫∫G某ydy=∫01d某∫-某某某ydy=0,故cov(某,Y)=0.习题17设随机变量某～U(0,1),Y～U(1,3),某与Y相互独立，求E(某Y)与D(某Y).解答：因为f某(某)={1,0f(某,y)={1/2,0则设E(某)=2,E(Y)=4,D(某)=4,D(Y)=9,ρ某Y=0.5,求：(1)U=3某2-2某Y+Y2-3的数学期望；(2)V=3某-Y+5的方差.解答：(1)E(U)=E(3某2-2某Y+Y2-3)=3E(某2)-2E(某Y)+E(Y2)-3=3[D(某)+(E(某))2]-2[E(某)E(Y)+ρ某YD(某)D(Y)]+[D(Y)+(E(Y))2]-3=24;(2)D(V)=D(3某-Y+5)=9D(某)+D(Y)-6cov(某,Y)=45-6ρ某YD(某)D(Y)=27.习题19设W=(a某+3Y)2,E(某)=E(Y)=0,D(某)=4,D(Y)=16,ρ某Y=-0.5.求常数a,使E(W)为最小，并求E(W)的最小值.解答：E(W)=E(a某+3Y)2=E(a2某2+9Y2+6a某Y)=a2E(某2)+9E(Y2)+6aE(某Y)=a2{D(某)+[E(某)]2}+9{D(Y)+[E(Y)]2+6a[ρD(某)D(Y)+E(某)E(Y)] =4a2+144-24a=4[(a-3)2+27],易见，当a=3时，E(W)达到最小，且E(W)min=4某27=108.注：求E(W)最小时的a,也可利用求导法.dEda=8(a-3),令dEda=0,得a=3是唯一驻点.又因d2Eda2=8>0,故a=3为极小点，也是最小点，所以，当a=3时E(W)最小，且最小E(W)值为108.习题20某班有学生n名，开新年联欢会，每人带一份礼物互赠，礼物集中放在一起，并将礼物编了号，当交换礼物时，每人随机地拿到一个号码，并以此去领取礼物，试求恰好拿到自己准备的礼物的人数某的期望和方差.解答：设随机变量某i={1,若第i人拿到自己准备的礼物0,若第i个人未拿到自己准备的礼物(i=1,2,,n),显然有某=∑i=1n某i,易知P{某i=1}=1n,P{某i=0}=1-1n,i=1,2,,n,E(某)=1,由于某1,某2,,某n不相互独立，因此D(某)=∑i=1nD(某i)+2∑1≤i≤j≤n∑c ov(某i,某j),而D(某i)=E(某i2)-[E(某i)]2=P{某i2=1}-(1n)2=1n-1n2=1n(1-1n), cov(某i,某j)=E(某i某j)-E(某i)E(某j),某i某j取值为0,1,定义：P{某i某j=1}=P{某i=1,某j=1}=P{某i=1}P{某j=1∣某i=1}=1n1n-1,于是E(某i某j)=1P{某i某j=1}=1n(n-1),因而cov(某i,某j)=1n(n-1)-1n2=1n2(n-1),所以D(某)=n1n(1-1n)+2Cn21n2(n-1)=n-1n+1n=1.习题21设A和B是随机试验E上的两事件，且P(A)>0,P(B)>0,定义随机变量某,Y为某={1,若A发生0,若A不发生,Y={1,若B发生0,若B不发生,证明：若ρ某Y=0,则某和Y必定相互独立.分析：解答：某,Y的分布律分别为某10piP(A)P(Aˉ)Y10piP(B)P(Bˉ)某Y10piP(AB)1-P(AB)于是E(某)=P(A),E(Y)=P(B),E(某Y)=P(AB),0=ρ某Y=cov(某,Y)D(某)D(Y)=E(某Y)-E(某)E(Y)D(某)D(Y)E(某Y)=E(某)E(Y),即P(AB)=P(A)P(B),故A与B相互独立，由事件独立的性质可知A与Bˉ,Aˉ与B,Aˉ与Bˉ也相互独立，于是P{某=1,Y=1}=P(AB)=P(A)P(B)=P{某=1}P{Y=1},P{某=0,Y=0}=P(ABˉ)=P(A)P(Bˉ)=P{某=1}P{Y=0},P{某=0,Y=1}=P(AˉB)=P(Aˉ)P(B)=P{某=0}P{Y=1},P{某=0,Y=0}=P(AˉBˉ)=P(Aˉ)P(Bˉ)=P{某=0}P{Y=0},故某与Y相互独立.习题22设二维随机变量(某,Y)～N(0,0,σ12,σ22,ρ),其中σ12≠σ22.又设某1=某coa+Yina,某2=-某ina+Ycoa,问何时某1与某2不相关，某1与某2独立？解答：因为(某1,某2)是(某,Y)的线性变换，所以(某1,某2)仍然是二维正态随机变量，若某1与某2不相关，某1与某2必然独立.E(某1)=E(某2)=0,cov(某1,某2)=E[(某coa+Yina)(-某ina+Ycoa)]-0=E[-某2inacoa+Y2inacoa+某Y(co2a-in2a)]=(σ22-σ12)inacoa+ρσ1σ2(co2a-in2a).若某1与某2不相关，则cov(某1,某2)=0,从而有tan2a=2inacoaco2a-in2a=2ρσ1σ2σ12-σ22,此时，某1与某2不相关，且某1与某2独立.习题23在每次试验中，事件A发生的概率为0.5,利用切比雪夫不等式估计，在1000次独立重复试验中，事件A发生的次数在400～600之间的概率.解答：设某表示在1000次独立事件重复试验中，事件A发生的次数，则某～b(1000,0.5),。
概率论与数理统计统计课后习题答案 总主编 邹庭荣 主编 程述汉 舒兴明 第四章
第四章习题解答1．设随机变量X ～B （30，61），则E （X ）＝( D ). A.61；B.65； C.625；D.5.1()3056E X np ==⨯= 2．已知随机变量X 和Y 相互独立，且它们分别在区间[-1，3]和[2，4]上服从均匀分布，则E (XY )=（ A ）.A. 3；B. 6；C. 10；D. 12.()1()3E X E Y ==因为随机变量X 和Y 相互独立所以()()()3E XY E X E Y ==3．设X 表示10次独立重复射击命中目标的次数，每次射中目标的概率为0.4，则X 2的数学期望E (X 2)＝____18.4______．(10,0.4)()4() 2.4X B E X D X ==22()(())()18.4E X E X D X =+=4．某射手有3发子弹，射一次命中的概率为32，如果命中了就停止射击，否则一直射到子弹用尽．设表示X 耗用的子弹数．求E （X ）.解：22113()233999E X =+⨯+⨯= 5．设X 的概率密度函数为,01()2,120,x x f x x x ≤≤⎧⎪=-<≤⎨⎪⎩其它求2() ,().E X E X 解：1221()()(2)1E X xf x dx x dx x x dx +∞-∞==+-=⎰⎰⎰,122232017()()(2)6E X x f x dx x dx x x dx +∞-∞==+-=⎰⎰⎰.6求 () ,(),().E X E Y E XY()E X =()E Y =()(1)(1)0.25(1)10.1(1)20.32(1)0.15210.15220.050.25E XY =-⨯-⨯+-⨯⨯+-⨯⨯+⨯-⨯+⨯⨯+⨯⨯=-7．设二维随机向量（X ，Y ）的联合概率密度为e 0(,)0y x yf x y -⎧<<=⎨⎩，，其它求（1）()E X Y +; (2) ()E XY . 解：()()(,)E X Y x y f x y dxdy +∞+∞-∞-∞+=+⎰⎰(())3y xx y e dy dx +∞+∞-=+=⎰⎰()()(,)(())3yxE XY xy f x y dxdy xy e dy dx +∞+∞-∞-∞+∞+∞-===⎰⎰⎰⎰8．设随机变量X 与Y 相互独立，且D (X )=1，D (Y )=2，则D (X -Y )= 3 . ()()()3D X Y D X D Y -=+=9．设正方形的边长在区间［0，2］服从均匀分布，则正方形面积A =X 2的方差为__64/45_______.41()1,(),123E X D X === X 的密度函数1/2,02()0x f x ≤≤⎧=⎨⎩，其他 2214()[()]()1.33E X E X D X =+=+= 24440116()()d d 25E X x f x x x x +∞-∞===⎰⎰2422216464()()[()]()5345D XE X E X =-=-=10．设随机变量X 的分布律为求 D (X ).解：22()()(())D X E X E X =-，1111()101255105E X =-⨯++⨯+⨯=,22221114()(1)01255105E X =-⨯++⨯+⨯=,224119()()(())52525D XE X E X =-=-=. 11．设随机变量X 的概率密度函数为||1()e 2x f x -=，求D (X )．解：1()()02xE X xf x dx xe dx +∞+∞--∞-∞===⎰⎰， 22201()()222xE X x f x dx x e dx +∞+∞--∞===⎰⎰， 22()()(())2D X E X E X =-=.12．设随机变量X ，Y 相互独立，其概率密度函数分别为,01()2,120,X x x f x x x ≤≤⎧⎪=-<≤⎨⎪⎩其它 e ,0()0,y Y y f y -⎧≥=⎨⎩其它求D (X )，D (Y )，D (X -Y )．解：由本章习题5知()1E X =，27()6E X =，于是有 221()()(())6D XE X E X =-=. 由(1)Y E 知()()1E X D X ==. 由于随机变量X ，Y 相互独立，所以7()()()6D X Y D X D Y -=+=. 13．设D (X )=1,D (Y)=4,相关系数0.5XY ρ=，则cov(X ,Y )=___1____. cov(X ,Y )=1ρ=14．设二维随机变量(X , Y )的联合密度函数为1sin()0,0(,)2220x y x y f x y ππ⎧+≤≤≤≤⎪=⎨⎪⎩，，其它求cov(X ,Y )，XY ρ． 解：()(,)E X x f x y dxdy +∞+∞-∞-∞=⎰⎰22001sin()24x x y dxdy πππ=+=⎰⎰,22()(,)E X x f x y dxdy +∞+∞-∞-∞=⎰⎰222001sin()2x x y dxdy ππ=+⎰⎰22011(cos +sin )2282x x dx πππ==+-⎰, 2221()()[()]2162D XE X E X ππ=-=+-. 由对称性 ()()4E Y E X π==, 21()()2162D Y D X ππ==+-. 2200()()(,)12()sin()22E XY xy f x y dxdyxy x y dxdy πππ+∞+∞-∞-∞=-=+=⎰⎰⎰⎰，cov(X ,Y )=22()()()().24E XY E X E Y ππ--=-=-00461，2221[()](2)=-0.2454.24162XY πππρπ-==-+-15．设二维随机变量(X , Y )有联合概率密度函数1(),02, 02(,)80,x y x y f x y ⎧+≤≤≤≤⎪=⎨⎪⎩其它 试求E (X )，E (Y )，cov(X , Y )，XY ρ． 解：()(,)E X x f x y dxdy +∞+∞-∞-∞=⎰⎰220017()86x x y dxdy =+=⎰⎰, 由对称性7()6E Y =. 220014()()(,)()()83E XY xy f x y dxdy xy x y dxdy +∞+∞-∞-∞==+=⎰⎰⎰⎰, cov(X ,Y )= 1()()()36E XY E X E Y -=-.222220015()()(,)()()83E X x f x y dxdy x x y dxdy +∞+∞-∞-∞==+=⎰⎰⎰⎰, 2211()()(())36D XE X E X =-=. 由对称性11()36D Y =. 111XY ρ==-16．设X , Y 相互独立，X ~N (0，1)，Y ~N (1，2)，Z = X +2Y ，试求X 与Z 的相关系数．解：cov(,)cov(,2)()2cov(,)101X Z X X Y D X X Y =+=+=+=,()(2)()4()9D Z D X Y D X D Y =+=+=,13xz ρ==.17．设随机变量~X N (5,3)，Y 在[0，6]上服从均匀分布，相关系数12XY ρ=，求（1）(2)E X Y -；（2）(2)D X Y -.解：(2)()2()5231E X Y E X E Y -=-=-⨯=-,2(2)()4()4cov(,)()4()4613449.122XY D X Y D X D Y X Y D X D Y ρ-=+-=+-=+⨯-⨯=18．设二维随机向量（X ，Y ）的概率密度为2,01,0(,)0,x y xf x y <<<<⎧=⎨⎩其它 求（1）E （X ＋Y ）；（2）E （XY ）；（3）XY ρ.解：10()()(,)2(())1xE X Y x y f x y dxdy x y dy dx +∞+∞-∞-∞+=+=+=⎰⎰⎰⎰;1001()()(,)2()4xE XY xy f x y dxdy xy dxdy +∞+∞-∞-∞===⎰⎰⎰⎰; 102()(,)2()3xE X x f x y dxdy xdy dx +∞+∞-∞-∞===⎰⎰⎰⎰ 1()()()3E Y E X Y E X =+-=cov(X ,Y )= 1()()()36E XY E X E Y -=122201()(,)2()2x E X x f x y dxdy x dy dx +∞+∞-∞-∞===⎰⎰⎰⎰ 122201()(,)2()6xE Y y f x y dxdy y dy dx +∞+∞-∞-∞===⎰⎰⎰⎰ 221()()(())18D X E X E X =-=，221()()(())18D YE Y E Y =-= 12xz ρ==。
概率论与数理统计浙大四版习题答案第四章
第四章2.[二] 某产品的次品率为0.1，检验员每天检验4次。
每次随机地抽取10件产品进行检验，如果发现其中的次品数多于1，就去调整设备，以X 表示一天中调整设备的次数，试求E (X)。
（设诸产品是否是次品是相互独立的。
）解：设表示一次抽检的10件产品的次品数为ξP =P （调整设备）=P (ξ>1)=1－P (ξ≤1)= 1－[P (ξ=0)+ P (ξ=1)]查二项分布表1－0.7361=0.2639.因此X 表示一天调整设备的次数时X ～B (4, 0.2639). P (X =0)=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛04×0.26390×0.73614=0.2936.P (X =1)=⎪⎪⎭⎫⎝⎛14×0.26391×0.73613=0.4210, P (X =2)= ⎪⎪⎭⎫⎝⎛24×0.26392×0.73612=0.2264. P (X =3)=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛34×0.26393×0.7361=0.0541, P (X =4)= ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛44×0.2639×0.73610=0.0049.从而 E (X )=np =4×0.2639=1.05563.[三] 有3只球，4只盒子，盒子的编号为1，2，3，4，将球逐个独立地，随机地放入4只盒子中去。
设X 为在其中至少有一只球的盒子的最小号码（例如X =3表示第1号，第2号盒子是空的，第3号盒子至少有一只球），求E (X )。
∵ 事件 {X =1}={一只球装入一号盒，两只球装入非一号盒}+{两只球装入一号盒，一只球装入非一号盒}+{三只球均装入一号盒}（右边三个事件两两互斥）∴6437414341343413)1(322=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯==X P∵事件“X =2”=“一只球装入二号盒，两只球装入三号或四号盒”+“两只球装二号盒，一只球装入三或四号盒”+“三只球装入二号盒”∴6419414241342413)2(322=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯==X P同理：647414141341413)3(322=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯==X P64141)4(3=⎪⎭⎫⎝⎛==X P 故1625641464736419264371)(=⨯+⨯+⨯+⨯=X E 5.[五] 设在某一规定的时间间段里，其电气设备用于最大负荷的时间X （以分计）是一个连续型随机变量。
概率论与数理统计第四章习题
画出分布函数的图形。
的分布函数，并的概率分布列写出题随机变量第试根据习题ξξ13.1（图形略）。
其分布函数为解：概率分布列为⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≥<≤<≤<≤<=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛3132657.021216.010027.000)(343.0441.0189.0027.03210x x x x x x F的概率分布列。
试求，，，的分布函数是已知离散型随机变量ξξ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+∞<≤<≤<≤<<∞-=x x x x x F 111211052101010)(.2.1051041011210~1051051)01()1()1(104101105)021()21()21(1010101)00()0()0(⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛∴=-=--===-=--===-=--==ξξξξF F P F F P F F P 解：的分布函数。
试求的分布函数为已知22,121,3210,2101,311,0)(.3ξηξ=⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+∞<≤<≤<≤<≤--<<∞-=x x x x x x F.414132106100)(312161410~.316161312101~31321)02()2()2(612132)01()1()1(613121)00()0()0(31031)01()1()1(2⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≥<≤<≤<=∴⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∴=-=--===-=--===-=--===-=----=-=y y y y y F F F P F F P F F P F F P 的分布函数为，从而而解：ηηξηξξξξξ的值。
再求常数，是常数，试先求概率其中以写出的分布列和分布函数可已知离散型随机变量u t s r c b a P P u t s r c b a x u x t x x s x r x x F c ba,,,,,,),5.0()2.1(,,,,,,3,32,21,2110,01,1,0)(6131325.110.4>=⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+∞<≤<≤<≤<≤<≤--<<∞-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ξξξ .1323103106101613113131321)03()3()3(11)(33221)02()2()2(61616121)01()1()1(31)00()0()0(3100)01()1()1(032311)0(1)5.0(1)5.0(02121)02.1()2.1()2.1(========∴=++++==∴=-=--====∴=≥=∴-=--====∴=-=--====∴=-=--====∴=-=----=-===-==-=≤-=>=-=--==∑u t s r c b a b c b a p c F F P c u x F x t t F F P a s F F P a s s r s F F P r r r F F P P P P F F P ii ，，，，，，因此，，从而，而，时，又解：ξξξξξξξξξ.,00,)(.522B A x x Be A x F x 和求系数的分布函数是设连续型随机变量⎪⎩⎪⎨⎧<≥+=-ξ.1lim 0)(lim )(lim 1lim 1)(lim 2222-=∴+=+===∴=+=-→→→-+∞→+∞→++B B A Be A x F x F A A BeA x F x x x x x x x ，从而以的分布函数也连续，所又因为连续型随机变量，，得解：由－).(321211,01,1)(.62x F P A x x xA x f ）分布函数（；）概率（；）系数试求：（的密度函数为设随机变量⎪⎭⎫ ⎝⎛<⎪⎩⎪⎨⎧≥<-=ξξ.1111arcsin 1211011111110)()3(3111)2121()21()2(1111)()1(1221212112⎪⎩⎪⎨⎧≥<≤-+-<=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥<≤---<==-=<<-=<==-∴=⎰⎰⎰⎰---+∞∞-x x x x x x dx x x x F dx xP P A dx xA dx x f xπππξξπ解得，解：).(3);10(21,)(.7x F P A x Aex f x）分布函数（）概率（；）系数试求：（密度函数为服从拉普拉斯分布，其设随机变量<<+∞<<∞-=-ξξ.021*******1021)()3(21212121)10()2(2111)()1(011010⎪⎩⎪⎨⎧+∞<≤-<<∞-=⎪⎩⎪⎨⎧+∞<≤<<∞-=-===<<==∴=--∞----+∞∞--+∞∞-⎰⎰⎰⎰⎰⎰x e x e x dx e x dx e x F e dx e dx e P A dx Aedx x f x x xxx xx xxξ解得，解：).(0,00,)()(.82222ξξξξσξσE P D E x x ex x f Rayleigh x >⎪⎩⎪⎨⎧≤>=-，，试求：分布，其密度函数为服从瑞利设随机变量.)2()()22()(2)(2)(4222222222222022222222πσπσσσσσπξξξσπξξξσσξσπσξ-∞+-∞+-∞+∞-∞+-∞+∞-==>=>-=-==⋅=⋅==⋅=⋅=⎰⎰⎰⎰⎰edx exP E P E E D dx exx dx x f x E dx exx dx x f x E x x x 解：次之间的概率。
概率论与数理统计(茆诗松)第二版课后第四章习题参考答案
第四章 大数定律与中心极限定理习题4.11． 如果X X Pn →，且Y X Pn →．试证：P {X = Y } = 1．证：因 | X − Y | = | −(X n − X ) + (X n − Y )| ≤ | X n − X | + | X n − Y |，对任意的ε > 0，有⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−+⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−≤≥−≤2||2||}|{|0εεεY X P X X P Y X P n n ，又因X X Pn →，且Y X Pn →，有02||lim =⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−+∞→εX X P n n ，02||lim =⎭⎫⎩⎨⎧≥−+∞→εY X P n n ，则P {| X − Y | ≥ ε} = 0，取k 1=ε，有01||=⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−k Y X P ，即11||=⎭⎬⎫⎩⎨⎧<−k Y X P ， 故11||lim1||}{1=⎭⎬⎫⎩⎨⎧<−=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧<−==+∞→+∞=k Y X P k Y X P Y X P k k I ． 2． 如果X X Pn →，Y Y Pn →．试证：（1）Y X Y X Pn n +→+； （2）XY Y X Pn n →．证：（1）因 | (X n + Y n ) − (X + Y ) | = | (X n − X ) + (Y n − Y )| ≤ | X n − X | + | Y n − Y |，对任意的ε > 0，有⎭⎫⎩⎨⎧≥−+⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−≤≥+−+≤2||2||}|)()({|0εεεY Y P X X P Y X Y X P n n n n ，又因X X P n →，Y Y P n →，有02||lim =⎭⎫⎩⎨⎧≥−+∞→εX X P n n ，02||lim =⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−+∞→εY Y P n n ，故0}|)()({|lim =≥+−++∞→εY X Y X P n n n ，即Y X Y X Pn n +→+；（2）因 | X n Y n − XY | = | (X n − X )Y n + X (Y n − Y ) | ≤ | X n − X | ⋅ | Y n | + | X | ⋅ | Y n − Y |，对任意的ε > 0，有⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−⋅+⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥⋅−≤≥−≤2||||2||||}|{|0εεεY Y X P Y X X P XY Y X P n n n n n ，对任意的h > 0，存在M 1 > 0，使得4}|{|1h M X P <≥，存在M 2 > 0，使得8}|{|2hM Y P <≥， 存在N 1 > 0，当n > N 1时，8}1|{|h Y Y P n <≥−， 因| Y n | = | (Y n − Y ) + Y | ≤ | Y n − Y | + | Y |，有4}|{|}1|{|}1|{|22h M Y Y Y P M Y P n n <≥+≥−≤+≥， 存在N 2 > 0，当n > N 2时，4)1(2||2h M X X P n <⎭⎬⎫⎩⎨⎧+≥−ε，当n > max{N 1, N 2}时，有244}1|{|)1(2||2||||22h h h M Y P M X X P Y X X P n n n n =+<+≥+⎭⎬⎫⎩⎨⎧+≥−≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥⋅−εε，存在N 3 > 0，当n > N 3时，42||1hM Y Y P n <⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−ε，有244}|{|2||2||||11h h h M X P M Y Y P X Y Y P n n =+<≥+⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥⋅−εε，则对任意的h > 0，当n > max{N 1, N 2, N 3} 时，有h h h Y Y X P Y X X P XY Y X P n n n n n =+<⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−⋅+⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥⋅−≤≥−≤222||||2||||}|{|0εεε，故0}|{|lim =≥−+∞→εXY Y X P n n n ，即XY Y X Pn n →．3． 如果X X Pn →，g (x )是直线上的连续函数，试证：)()(X g X g Pn →． 证：对任意的h > 0，存在M > 0，使得4}|{|h M X P <≥， 存在N 1 > 0，当n > N 1时，4}1|{|h X X P n <≥−， 因| X n | = | (X n − X ) + X | ≤ | X n − X | + | X |，则244}|{|}1|{|}1|{|h h h M X P X X P M X P n n =+<≥+≥−≤+≥， 因g (x ) 是直线上的连续函数，有g (x ) 在闭区间 [− (M + 1), M + 1] 上连续，必一致连续， 对任意的ε > 0，存在δ > 0，当 | x − y | < δ 时，有 | g (x ) − g ( y ) | < ε ，存在N 2 > 0，当n > N 2时，4}|{|hX X P n <≥−δ，则对任意的h > 0，当n > max{N 1, N 2} 时，有{}}|{|}1|{|}|{|}|)()({|0M X M X X X P X g X g P n n n ≥+≥≥−≤≥−≤U U δεh hh h M X P M X P X X P n n =++<≥++≥+≥−≤424}|{|}1|{|}|{|δ， 故0}|)()({|lim =≥−+∞→εX g X g P n n ，即)()(X g X g Pn →．4． 如果a X P n →，则对任意常数c ，有ca cX Pn →． 证：当c = 0时，有c X n = 0，ca = 0，显然ca cX Pn →；当c ≠ 0时，对任意的ε > 0，有0||||lim =⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥−+∞→c a X P n n ε， 故0}|{|lim =≥−+∞→εca cX P n n ，即ca cX Pn →．5． 试证：X X P n →的充要条件为：n → +∞ 时，有0||1||→⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+−XX X X E n n ．证：以连续随机变量为例进行证明，设X n − X 的密度函数为p ( y )，必要性：设X X Pn →，对任意的ε > 0，都有0}|{|lim =≥−+∞→εX X P n n ，对012>+εε，存在N > 0，当n > N 时，εεε+<≥−1}|{|2X X P n ， 则∫∫∫≥<∞+∞−+++=+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+−εε||||)(||1||)(||1||)(||1||||1||y y n n dy y p y y dy y p y y dy y p y y XX X X E εεεεεεεεεεεεε=+++<≥−+<−+=++≤∫∫≥<11}|{|}|{|1)()(12||||X X P X X P dy y p dy y p n n y y ，故n → +∞ 时，有0||1||→⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+−XX X X E n n ； 充分性：设n → +∞ 时，有0||1||→⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+−XX X X E n n ， 因∫∫∫≥≥≥++≤++==≥−εεεεεεεεεε||||||)(||1||1)(11)(}|{|y y y n dy y p y y dy y p dy y p X X P ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+−+=++≤∫∞+∞−||1||1)(||1||1X X X X E dy y p y y n n εεεε， 故0}|{|lim =≥−+∞→εX X P n n ，即X X Pn →．6． 设D (x )为退化分布：⎩⎨⎧≥<=.0,1;0,0)(x x x D试问下列分布函数列的极限函数是否仍是分布函数？（其中n = 1, 2, …．）（1）{D (x + n )}； （2）{D (x + 1/n )}； （3）{D (x − 1/n )}．解：（1）对任意实数x ，当n > −x 时，有x + n > 0，D (x + n ) = 1，即1)(lim =++∞→n x D n ，则 {D (x + n )} 的极限函数是常量函数f (x ) = 1，有f (−∞) = 1 ≠ 0，故 {D (x + n )} 的极限函数不是分布函数； （2）若x ≥ 0，有01>+n x ，11=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+n x D ，即11lim =⎟⎠⎞⎜⎝⎛++∞→n x D n ，若x < 0，当x n 1−>时，有01<+n x ，01=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+n x D ，即01lim =⎟⎠⎞⎜⎝⎛++∞→n x D n ，则⎩⎨⎧≥<=⎟⎠⎞⎜⎝⎛++∞→.0,1;0,01lim x x n x D n 这是在0点处单点分布的分布函数，满足分布函数的基本性质，故⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎟⎠⎞⎜⎝⎛+n x D 1的极限函数是分布函数；（3）若x ≤ 0，有01<−n x ，01=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−n x D ，即01lim =⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+∞→n x D n ，若x > 0，当x n 1>时，有01>−n x ，11=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−n x D ，即11lim =⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+∞→n x D n ，则⎩⎨⎧>≤=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+∞→.0,1;0,01lim x x n x D n 在x = 0处不是右连续，故⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎟⎠⎞⎜⎝⎛−n x D 1的极限函数不是分布函数．7． 设分布函数列 {F n (x )} 弱收敛于连续的分布函数F (x )，试证：{F n (x )} 在 (−∞, +∞) 上一致收敛于分布函数F (x )． 证：因F (x ) 为连续的分布函数，有F (−∞) = 0，F (+∞) = 1，对任意的ε > 0，取正整数ε2>k ，则存在分点x 1 < x 2 < … < x k −1，使得1,,2,1,)(−==k i kix F i L ，并取x 0 = −∞，x k = +∞， 可得k k i k x F x F i i ,1,,2,1,21)()(1−=<=−−L ε， 因 {F n (x )} 弱收敛于F (x )，且F (x ) 连续，有 {F n (x )} 在每一点处都收敛于F (x )，则存在N > 0，当n > N 时，1,,2,1,2|)()(|−=<−k i x F x F i i n L ε，且显然有20|)()(|00ε<=−x F x F n ，20|)()(|ε<=−k k n x F x F ，对任意实数x ，必存在j ，1 ≤ j ≤ k ，有x j −1 ≤ x < x j ，因2)()()()(2)(11εε+<≤≤<−−−j j n n j n j x F x F x F x F x F ，则εεεε−=−−>−−>−−222)()()()(1x F x F x F x F j n ，且εεεε=+<+−<−222)()()()(x F x F x F x F j n ，即对任意的ε > 0和任意实数x ，总存在N > 0，当n > N 时，都有 | F n (x ) − F (x ) | < ε ， 故 {F n (x )} 在 (−∞, +∞) 上一致收敛于分布函数F (x )．8． 如果X X Ln →，且数列a n → a ，b n → b ．试证：b aX b X a Ln n n +→+． 证：设y 0是F aX + b ( y ) 的任一连续点，则对任意的ε > 0，存在h > 0，当 | y − y 0 | < h 时，4|)()(|0ε<−++y F y F b aX b aX ，又设y 是满足 | y − y 0 | < h 的F aX + b ( y ) 的任一连续点，因⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=⎭⎬⎫⎩⎨⎧−≤=≤+=+a b y F a b y X P y b aX P y F X b aX }{)(，有a b y x −=是F X (x )的连续点，且X X L n→， 有)()(lim x F x F X X n n =+∞→，存在N 1，当n > N 1时，4|)()(|ε<−x F x F X X n ，即4|)()(|ε<−++y F y F b aX b aX n ，则当n > N 1且 | y − y 0 | < h 时，2|)()(||)()(||)()(|00ε<−+−≤−++++++y F y F y F y F y F y F b aX b aX b aX b aX b aX b aX n n ， 因X 的分布函数F X (x ) 满足F X (−∞) = 0，F X (+∞) = 1，F X (x ) 单调不减且几乎处处连续， 存在M ，使得F X (x ) 在x = ± M 处连续，且41)(ε−>M F X ，4)(ε<−M F X ，因X X Ln →，有41)()(lim ε−>=+∞→M F M F X X n n ，4)()(lim ε<−=−+∞→M F M F X X n n ，则存在N 2，当n > N 2时，41)(ε−>M F n X ，4)(ε<−M F n X ，可得2)(1)(}|{|ε<−+−=>M F M F M X P n n X X n ，因数列a n → a ，b n → b ，存在N 3，当n > N 3时，M h a a n 4||<−，4||h b b n <−， 可得当n > max{N 2, N 3}时，⎭⎫⎩⎨⎧>−+−=⎭⎬⎫⎩⎨⎧>+−+2|)()(|2|)()(|h b b X a a P h b aX b X a P n n n n n n n2}|{|24||42||||||ε<>=⎭⎬⎫⎩⎨⎧>+⋅≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧>−+⋅−≤M X P h h X M hP h b b X a a P nn n n n ， 则⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧>+−+⎭⎬⎫⎩⎨⎧+≤+≤≤+=+2|)()(|2}{)(000h b aX b X a h y b aX P y b X a P y F n n n n n n n n b X a n n n U222|)()(|200ε+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+<⎭⎬⎫⎩⎨⎧>+−++⎭⎬⎫⎩⎨⎧+≤+≤+h y F h b aX b X a P h y b aX P b aX n n n n n n ， 且⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧>+−+≤+≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧−≤+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+2|)()(|}{22000h b aX b X a y b X a P h y b aX P h y F n n n n n n n n b aX n U2)(2|)()(|}{00ε+<⎭⎬⎫⎩⎨⎧>+−++≤+≤+y F h b aX b X a P y b X a P n n n b X a n n n n n n n ， 即22)(22000εε+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+<<−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+++h y F y F h y F b aX b X a b aX n n n n n ，因当n > N 1且 | y − y 0 | < h 时，2)()(2)(00εε+<<−+++y F y F y F b aX b aX b aX n ，在区间⎟⎠⎞⎜⎝⎛++h y h y 00,2取F aX + b ( y ) 的任一连续点y 1，满足 | y 1 − y 0 | < h ，当n > max{N 1, N 2, N 3}时，εεε+<+≤+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+<++++)(2)(22)(0100y F y F h y F y F b aX b aX b aX b X a n n n n n ，在区间⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−2,00h y h y 取F aX + b ( y ) 的任一连续点y 2，满足 | y 2 − y 0 | < h ，当n > max{N 1, N 2, N 3}时，εεε−>−≥−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−>++++)(2)(22)(0200y F y F h y F y F b aX b aX b aX b X a n n n n n ，即对于F aX + b ( y ) 的任一连续点y 0，当n > max{N 1, N 2, N 3}时，ε<−++|)()(|00y F y F b aX b X a n n n ， 故)()(y F y F b aX Wb X a n n n ++→，b aX b X a Ln n n +→+． 9． 如果X X Ln →，a Y Pn →，试证：a X Y X Ln n +→+． 证：设y 0是F X + a ( y ) 的任一连续点，则对任意的ε > 0，存在h > 0，当 | y − y 0 | < h 时，4|)()(|0ε<−++y F y F a X a X ，又设y 是满足 | y − y 0 | < h 的F X + a ( y )的任一连续点，因F X + a ( y ) = P {X + a ≤ y } = P {X ≤ y − a } = F X ( y − a )，有x = y − a 是F X (x )的连续点，且X X Ln →， 有)()(lim x F x F X X n n =+∞→，存在N 1，当n > N 1时，4|)()(|ε<−x F x F X X n ，即4|)()(|ε<−++y F y F a X a X n ， 则当n > N 1且 | y − y 0 | < h 时，2|)()(||)()(||)()(|00ε<−+−≤−++++++y F y F y F y F y F y F a X a X a X a X a X a X n n ，因a Y Pn →，有02||lim =⎭⎫⎩⎨⎧>−+∞→h a Y P n n ，存在N 2，当n > N 2时，22||ε<⎭⎬⎫⎩⎨⎧>−h a Y P n ， 则⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎭⎫⎩⎨⎧>−⎭⎬⎫⎩⎨⎧+≤+≤≤+=+2||2}{)(000h a Y h y a X P y Y X P y F n n n n Y X n n U222||200ε+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+<⎭⎬⎫⎩⎨⎧>−+⎭⎬⎫⎩⎨⎧+≤+≤+h y F h a Y P h y a X P a X n n n ， 且⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎭⎫⎩⎨⎧>−≤+≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧−≤+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+2||}{22000h a Y y Y X P h y a X P h y F n n n n a X n U2)(2||}{00ε+<⎭⎬⎫⎩⎨⎧>−+≤+≤+y F h a Y P y Y X P n n Y X n n n ， 即22)(22000εε+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+<<−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+++h y F y F h y F a X Y X a X n n n n ，因当n > N 1且 | y − y 0 | < h 时，2)()(2)(00εε+<<−+++y F y F y F a X a X a X n ，在区间⎟⎠⎞⎜⎝⎛++h y h y 00,2取F X + a ( y ) 的任一连续点y 1，满足 | y 1 − y 0 | < h ，当n > max{N 1, N 2}时，εεε+<+≤+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+<++++)(2)(22)(0100y F y F h y F y F a X a X a X Y X n n n n ，在区间⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−2,00h y h y 取F X + a ( y ) 的任一连续点y 2，满足 | y 2 − y 0 | < h ，当n > max{N 1, N 2}时，εεε−>−≥−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−>++++)(2)(22)(0200y F y F h y F y F a X a X a X Y X n n n n ，即对于F X + a ( y ) 的任一连续点y 0，当n > max{N 1, N 2}时，ε<−++|)()(|00y F y F a X Y X n n ， 故)()(y F y F a X WY X n n ++→，a X Y X Ln n +→+． 10．如果X X Ln →，0Pn Y →，试证：0Pn n Y X →．证：因X 的分布函数F X (x ) 满足F X (−∞) = 0，F X (+∞) = 1，F X (x ) 单调不减且几乎处处连续，则对任意的h > 0，存在M ，使得F X (x ) 在x = ± M 处连续，且41)(h M F X −>，4)(hM F X <−， 因X X L n →，有41)()(lim h M F M F X X n n −>=+∞→，4)()(lim h M F M F X X n n <−=−+∞→，则存在N 1，当n > N 1时，41)(h M F n X −>，4)(hM F n X <−，可得2)(1)(}|{|hM F M F M X P n n X X n <−+−=>，因0Pn Y →，对任意的ε > 0，有0||lim =⎭⎬⎫⎩⎨⎧>+∞→M Y P n n ε，存在N 2，当n > N 2时，2||h M Y P n <⎭⎬⎫⎩⎨⎧>ε， 则当n > max{N 1, N 2}时，有h M Y P M X P M Y M X P Y X P n n n n n n <⎭⎬⎫⎩⎨⎧>+>≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧>>≤>εεε||}|{|||}|{|}|{|U ，故0}|{|lim =>+∞→εn n n Y X P ，即0Pn n Y X →．11．如果X X Ln →，a Y Pn →，且Y n ≠ 0，常数a ≠ 0，试证：aXY X L n n →． 证：设y 0是F X / a ( y ) 的任一连续点，则对任意的ε > 0，存在h > 0，当 | y − y 0 | < h 时，4|)()(|0//ε<−y F y F a X a X ，又设y 是满足 | y − y 0 | < h 的F X / a ( y ) 的任一连续点，因)(}{)(/ay F ay X P y a X P y F X a X =≤=⎭⎬⎫⎩⎨⎧≤=，有x = ay 是F X (x )的连续点，且X X Ln →，有)()(lim x F x F X X n n =+∞→，存在N 1，当n > N 1时，4|)()(|ε<−x F x F X X n ，即4|)()(|//ε<−y F y F a X a X n ，则当n > N 1且 | y − y 0 | < h 时，2|)()(||)()(||)()(|0////0//ε<−+−≤−y F y F y F y F y F y F a X a X a X a X a X a X n n ，因X 的分布函数F X (x )满足F X (−∞) = 0，F X (+∞) = 1，F X (x )单调不减且几乎处处连续，存在M ，使得F X (x ) 在x = ± M 处连续，且121)(ε−>M F X ，12)(ε<−M F X ，因X X Ln →，有121)()(lim ε−>=+∞→M F M F X X n n ，12)()(lim ε<−=−+∞→M F M F X X n n ，则存在N 2，当n > N 2时，121)(ε−>M F n X ，12)(ε<−M F n X ，可得6)(1)(}|{|ε<−+−=>M F M F M X P n n X X n ，因0≠→a Y Pn ，有02||lim =⎭⎬⎫⎩⎨⎧>−+∞→h a Y P n n ，存在N 3 > 0，当n > N 3时，62||||ε<⎭⎬⎫⎩⎨⎧>−a a Y P n ，有62||||ε<⎭⎬⎫⎩⎨⎧<a Y P n ，且64||2ε<⎭⎬⎫⎩⎨⎧>−M h a a Y P n ， 可得当n > max{N 1, N 2, N 3}时，⎭⎬⎫⎩⎨⎧>⋅−⋅=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧>−=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧>−2||||||||2)(2h Y a a Y X P h aY Y a X P h a X Y X P n n n n n n n n n ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧<⎭⎬⎫⎩⎨⎧>−>≤2||||4||}|{|2a Y M h a a Y M X P n n n U U22||||4||}|{|2ε<⎭⎬⎫⎩⎨⎧<+⎭⎬⎫⎩⎨⎧>−+>≤a Y P M h a a Y P M X P n n n ，则⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎪⎫⎪⎩⎪⎨⎧>−⎭⎬⎫⎩⎨⎧+≤≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧≤=22)(000/h a X Y X h y a XP y Y X P y F n n n n n n Y X n n U22220/0ε+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+<⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧>−+⎭⎬⎫⎩⎨⎧+≤≤h y F h a X Y X P h y a X P a X n n n n n ，且⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧>−⎭⎬⎫⎩⎨⎧≤≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧−≤=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−222000/h a X Y X y Y X P h y a X P h y F n n n nn n a X n U2)(20/0ε+<⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧>−+⎭⎬⎫⎩⎨⎧≤≤y F h a X Y X P y Y X P n n Y X n n n n n ，即22)(220/0/0/εε+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+<<−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−h y F y F h y F a X Y X a X n n n n ，因当n > N 1且 | y − y 0 | < h 时，2)()(2)(0//0/εε+<<−y F y F y F a X a X a X n ，在区间⎟⎠⎞⎜⎝⎛++h y h y 00,2取F X / a ( y ) 的任一连续点y 1，满足 | y 1 − y 0 | < h ，当n > max{N 1, N 2, N 3}时，εεε+<+≤+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+<)(2)(22)(0/1/0/0/y F y F h y F y F a X a X a X Y X n n n n ，在区间⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−2,00h y h y 取F X / a ( y ) 的任一连续点y 2，满足 | y 2 − y 0 | < h ，当n > max{N 1, N 2, N 3}时，εεε−>−≥−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−>)(2)(22)(0/2/0/0/y F y F h y F y F a X a X a X Y X n n n n ，即对于F X / a ( y ) 的任一连续点y 0，当n > max{N 1, N 2, N 3}时，ε<−|)()(|0/0/y F y F a X Y X n n ，故)()(//y F y F a X WY X n n →，aX Y X L n n →． 12．设随机变量X n 服从柯西分布，其密度函数为+∞<<∞−+=x x n nx p n ,)1π()(22．试证：0Pn X →．证：对任意的ε > 0，)arctan(π2)arctan(π1)1π(}|{|22εεεεεεn nx dx x n n X P n ==+=<−−∫， 则12ππ2)arctan(lim π2}|0{|lim =⋅==<−+∞→+∞→εεn X P n n n ， 故0Pn X →．13．设随机变量序列{X n }独立同分布，其密度函数为⎪⎩⎪⎨⎧<<=.,0;0,1)(其他ββx x p其中常数β > 0，令Y n = max{X 1, X 2, …, X n }，试证：βPn Y →．证：对任意的ε > 0，P {| Y n − β | < ε} = P {β − ε < Y n < β + ε} = P {max{X 1, X 2, …, X n } > β − ε}= 1 − P {max{X 1, X 2, …, X n } ≤ β − ε} = 1 − P {X 1 ≤ β − ε} P {X 2 ≤ β − ε} … P {X n ≤ β − ε}n⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=βεβ1， 则11lim }|{|lim =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=<−+∞→+∞→nn n n Y P βεβεβ， 故βPn Y →．14．设随机变量序列{X n }独立同分布，其密度函数为⎩⎨⎧<≥=−−.,0;,e )()(a x a x x p a x 其中Y n = min{X 1, X 2, …, X n }，试证：a Y Pn →．证：对任意的ε > 0，P {| Y n − a | < ε} = P {a − ε < Y n < a + ε} = P {min{X 1, X 2, …, X n } < a + ε}= 1 − P {min{X 1, X 2, …, X n } ≥ a + ε} = 1 − P {X 1 ≥ a + ε} P {X 2 ≥ a + ε} … P {X n ≥ a + ε}εεεn na a x n a a x dx −∞++−−∞++−−−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=∫e 1e 1e 1)()(， 则1)e 1(lim }|{|lim =−=<−−+∞→+∞→εεn n n n a Y P ，故a Y Pn →．15．设随机变量序列{X n }独立同分布，且X i ~ U(0, 1)．令nni i n X Y 11⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=∏=，试证明：c Y P n →，其中c 为常数，并求出c ．证：设∑∏===⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛==n i i n i i n n X n X n Y Z 11ln 1ln 1ln ，因X i ~ U (0, 1)， 则1)ln (ln )(ln 101−=−==∫x x x xdx X E i ，2)2ln 2ln (ln )(ln 12122=+−==∫x x x x x xdx X E i ，1)](ln [)(ln )Var(ln 22=−=i i i X E X E X ， 可得1)(ln 1)(1−==∑=n i i n X E n Z E ，n X nZ ni in 1)Var(ln 1)Var(12==∑=，由切比雪夫不等式，可得对任意的ε > 0，221)Var(}|)({|εεεn Z Z E Z P n n n =≤≥−，则01lim }|)({|lim 02=≤≥−≤+∞→+∞→εεn Z E Z P n n n n ，即0}|)({|lim =≥−+∞→εn n n Z E Z P ，1)(−=→n P n Z E Z ，因n Z n Y e =，且函数e x 是直线上的连续函数，根据本节第3题的结论，可得1e e −→=PZ n n Y ， 故c Y Pn →，其中1e −=c 为常数．16．设分布函数列{F n (x )}弱收敛于分布函数F (x )，且F n (x ) 和F (x ) 都是连续、严格单调函数，又设 ξ 服从(0, 1)上的均匀分布，试证：)()(11ξξ−−→F F Pn． 证：因F (x ) 为连续的分布函数，有F (−∞) = 0，F (+∞) = 1，则对任意的h > 0，存在M > 0，使得21)(h M F −>，2)(h M F <−， 因F (x ) 是连续、严格单调函数，有F −1( y ) 也是连续、严格单调函数， 可得F −1( y ) 在区间 [F (− M − 1), F (M + 1)] 上一致连续， 对任意的ε > 0，存在δ > 0，当y , y * ∈ [F (− M − 1), F (M + 1)] 且 | y − y * | < δ 时，| F −1( y ) − F −1( y *) | < ε， 设y * 是 [F (−M ), F (M )] 中任一点，记x * = F −1( y *)，有x * ∈ [−M , M ]，不妨设0 < ε < 1， 则对任意的x 若满足 ε≥−|*|x x ，就有 δ≥−|*)(|y x F ，根据本节第7题的结论知，{F n (x )} 在 (−∞, +∞) 上一致收敛于分布函数F (x )， 则对δ > 0和任意实数x ，总存在N > 0，当n > N 时，都有 | F n (x ) − F (x ) | < δ， 因当n > N 时，δ<−|)()(|x F x F n 且δ≥−|*(|y x F ，有*)(y x F n ≠，即*)(1y F x n −≠， 则对任意的0 < ε < 1，当n > N 时，*)(1y F n −满足ε<−=−−−−|*)(*)(||**)(|111y F y F x y F n n ， 可得对任意的0 < ε < 1，当n > N 时，h M F M F P F F P n −>−∈≥<−−−1)]}(),([{}|)()({|11ξεξξ由h 的任意性可知1}|)()({|lim 11=<−−−+∞→εξξF F P n n ，故)()(11ξξ−−→F F Pn．17．设随机变量序列{X n }独立同分布，数学期望、方差均存在，且E (X n ) = µ，试证：µP n k k X k n n →⋅+∑=1)1(2．证：令∑=⋅+=nk k n X k n n Y 1)1(2，并设Var (X n ) = σ 2， 因µµµ=+⋅+=+=∑=)1(21)1(2)1(2)(1n n n n k n n Y E nk n ， 且222212222)1(324)12)(1(61)1(4)1(4)Var(σσσ++=++⋅+=+=∑=n n n n n n n n k n n Y nk n ， 则由切比雪夫不等式可得，对任意的ε > 0，222)1(3241)Var(1}|{|1σεεεµ++−=−≥<−≥n n n Y Y P n n ， 因1)1(3241lim 22=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++−+∞→σεn n n n ，由夹逼准则可得1}|{|lim =<−+∞→εµn n Y P ， 故µP n k kn X k n n Y →⋅+=∑=1)1(2． 18．设随机变量序列{X n }独立同分布，数学期望、方差均存在，且E (X n ) = 0，Var (X n ) = σ 2．试证：E (X n ) = 0，Var (X n ) = σ 2．试证：2121σP n k k X n →∑=． 注：此题与第19题应放在习题4.3中，需用到4.3节介绍的辛钦大数定律．证：因随机变量序列}{2n X 独立同分布，且222)]([)Var()(σ=+=n n n X E X X E 存在，故}{2nX 满足辛钦大数定律条件，}{2nX 服从大数定律，即2121σP n k k X n →∑=．19．设随机变量序列{X n }独立同分布，且Var (X n ) = σ 2存在，令∑==n i i X n X 11，∑=−=n i i n X X n S 122)(1．试证：22σPnS →．证：2122112122122121)2(1)(1X X n X n X X X n X X X X n X X n S n i i ni i n i i n i i i n i i n−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−=+−=−=∑∑∑∑∑=====，设E(X n ) = µ，{X n }满足辛钦大数定律条件，{X n }服从大数定律，即µP nk k X n X →=∑=11，则根据本节第2题第（2）小问的结论知，22µPX →，因随机变量序列}{2n X 独立同分布，且2222)]([)Var()(µσ+=+=n n n X E X X E 存在，则}{2nX 满足辛钦大数定律条件，}{2nX 服从大数定律，即22121µσ+→∑=P n k k X n ，故根据本节第2题第（1）小问的结论知，22222122)(1σµµσ=−+→−=∑=P n i i nX X n S ．20．将n 个编号为1至n 的球放入n 个编号为1至n 的盒子中，每个盒子只能放一个球，记⎩⎨⎧=.,0;,1反之的盒子的球放入编号为编号为i i X i 且∑==ni i n X S 1，试证明：0)(Pn n n S E S →−． 证：因n X P i 1}1{==，nX P i 11}0{−==，且i ≠ j 时，)1(1}1{−==n n X X P j i ，)1(11}0{−−==n n X X P j i ， 则n X E i 1)(=，⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=n n X i 111)Var(， 且i ≠ j 时，)1(1)(−=n n X X E j i ，)1(11)1(1)()()(),Cov(22−=−−=−=n n n n n X E X E X X E X X j i j i j i ， 有1)()(1==∑=ni i n X E S E ，1)1(1)1(11),Cov(2)Var()Var(211=−⋅−+−=+=∑∑≤<≤=n n n n n X X X S nj i j i ni i n ， 可得0)]()([1)(=−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡−n n n n S E S E n n S E S E ，221)Var(1)(Var n S n n S E S n n n ==⎥⎦⎤⎢⎣⎡−， 由切比雪夫不等式，可得对任意的ε > 0，2221)(Var 1)()(εεεn n S E S n S E S E n S E S P n n n n n n =⎥⎦⎤⎢⎣⎡−≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−−， 则01lim )()(lim 022=≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧≥⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−−≤+∞→+∞→εεn n S E S E n S E S P n n n n n n ， 故0)(Pn n nS E S →−．习题4.21． 设离散随机变量X 的分布列如下，试求X 的特征函数．1.02.03.04.03210PX解：特征函数ϕ (t ) = e it ⋅ 0 × 0.4 + e it ⋅ 1 × 0.3 + e it ⋅ 2 × 0.2 + e it ⋅ 3 × 0.1 = 0.4 + 0.3 e it + 0.2 e 2it + 0.1 e 3it ．2． 设离散随机变量X 服从几何分布P {X = k } = (1 − p ) k − 1 p ， k = 1, 2, … ．试求X 的特征函数．并以此求E (X ) 和Var (X )． 解：特征函数ititk k ititk k itk p p p p p p t e)1(1e )]1([ee)1(e )(1111−−=−=−⋅=∑∑+∞=−+∞=−ϕ； 因22]e )1(1[e ]e )1(1[]e )1([e ]e )1(1[e )(it it it it it it it p ip p i p p p i p t −−=−−⋅−−⋅−−−⋅⋅=′ϕ，有)()0(2X iE pip ip ===′ϕ，故pX E 1)(=； 因332]e )1(1[]e )1(1[e ]e )1([]e )1(1[e 2]e )1(1[e )(it it it itit itit itp p p i p p ip p i ip t −−−+−=⋅−−⋅−−−−−⋅⋅=′′−−ϕ， 有)(2)2()0(2223X E i pp p p p =−−=−−=′′ϕ，可得222)(p p X E −=， 故222112)Var(p pp p p X −=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=． 3． 设离散随机变量X 服从巴斯卡分布rk r p p r k k X P −−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−==)1(11}{，k = r , r + 1, …试求X 的特征函数．解：特征函数∑∑+∞=−−+∞=−−+−−−=−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−⋅=r k r k it r k itr r r k r k r itkp r k k r p p p r k t )(e)1)(1()1()!1(e )1(11e )(L ϕ ∑∑+∞=−=−−−+∞=−=−−=+−−−=r k p x r k r r it rk p x r k r it ititdx x d r p x r k k r p e )1(111e )1()()!1()e ()1()1()!1()e (L itit it p x r r it p x r r r it p x k k r r r it x r r p x dx d r p x dx d r p e )1(e )1(11e )1(1111)1()!1()!1()e (11)!1()e ()!1()e (−=−=−−−=+∞=−−−−−⋅−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⋅−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅−=∑rit itr it r it p p p p ⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−=−−=e )1(1e ]e )1(1[)e (． 4． 求下列分布函数的特征函数，并由特征函数求其数学期望和方差．（1）)0(,e 2)(||1>=∫∞−−a dt a x F x t a ； （2）)0(,1π)(222>+=∫∞−a dt at a x F x ． 解：（1）因密度函数||11e 2)()(x a ax F x p −=′=，故⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⋅=+∞−∞−+∞+−∞−+∞+∞−−∫∫∫0)(0)(0)(0)(||1e e 2e e 2ee 2)(ait a it a dx dx a dx a t x a it x a it x a it x a it x a itx ϕ 222112at a a it a it a +=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−+=； 因222222221)(22)()(a t ta t a t a t +−=⋅+−=′ϕ，有)(0)0(1X iE ==′ϕ， 故E (X ) = 0；因32242242222222221)(26)(2)(22)(2)(a t a t a a t t a t t a a t a t +−=+⋅+⋅−+⋅−=′′ϕ， 有)(22)0(222641X E i a a a =−=−=′′ϕ，可得222)(a X E =， 故222202)Var(aa X =−=；（2）因密度函数22221π)()(ax a x F x p +⋅=′=， 则∫+∞∞−+⋅=dx a x a t itx 2221e π)(ϕ， 由第（1）小题的结论知∫∞+∞−=+=dx x p a t a t itx )(e )(12221ϕ，根据逆转公式，可得∫∫∞+∞−−∞+∞−−−+⋅===dt at a dt t a x p itx itx x a 2221||1e π21)(e π21e 2)(ϕ， 可得||||222e πe 2π21e y a y a itya a a dt a t −−−+∞∞−=⋅=+⋅∫， 故||||222e e ππ1e π)(t a t a itx a a dx ax a t −−+∞∞−=⋅=+⋅=∫ϕ； 因⎩⎨⎧>−<=′−,0,e ,0,e )(2t a t a t atat ϕ 有a a −=+′≠=−′)00()00(22ϕϕ，即)0(2ϕ′不存在， 故E (X ) 不存在，Var (X ) 也不存在．5． 设X ~ N (µ, σ 2)，试用特征函数的方法求X 的3阶及4阶中心矩． 解：因X ~ N (µ, σ 2)，有X 的特征函数是222e)(t t i t σµϕ−=，则)(e)(2222t i t t t i σµϕσµ−⋅=′−，)(e)(e )(222222222σσµϕσµσµ−⋅+−⋅=′′−−t t i t t i t i t ，因)()(3e)(e)(2223222222σσµσµϕσµσµ−⋅−⋅+−⋅=′′′−−t i t i t t t i t t i ，有ϕ″′(0) = e 0 ⋅ (i µ )3 + e 0 ⋅ 3i µ ⋅ (−σ 2) = − i µ 3 − 3i µσ 2 = i 3E (X 3) = − i E (X 3)， 故E (X 3) = µ 3 + 3µσ 2； 又因2222222422)4()(3e)()(6e)(e)(222222σσσµσµϕσµσµσµ−⋅+−⋅−⋅+−⋅=−−−t t i t t i t t i t i t i t ，有ϕ (4)(0) = e 0 ⋅ (i µ )4 + e 0 ⋅ 6(i µ)2 ⋅ (−σ 2) + e 0 ⋅ 3σ 4 = µ 4 + 6µ 2σ 2 + 3σ 4 = i 4E (X 4) = E (X 4)， 故E (X 4) = µ 4 + 6µ 2σ 2 + 3σ 4．6． 试用特征函数的方法证明二项分布的可加性：若X ~ b (n , p )，Y ~ b (m , p )，且X 与Y 独立，则X + Y ~ b (n + m , p )．证：因X ~ b (n , p )，Y ~ b (m , p )，且X 与Y 独立，有X 与Y 的特征函数分别为ϕ X (t ) = ( p e it + 1 − p ) n ，ϕ Y (t ) = ( p e it + 1 − p ) m ， 则X + Y 的特征函数为ϕ X + Y (t ) = ϕ X (t ) ⋅ϕ Y (t ) = ( p e it + 1 − p ) n + m ，这是二项分布b (n + m , p )的特征函数， 故根据特征函数的唯一性定理知X + Y ~ b (n + m , p )．7． 试用特征函数的方法证明泊松分布的可加性：若X ~ P (λ1)，Y ~ P (λ2)，且X 与Y 独立，则X + Y ~ P (λ1 + λ2)．证：因X ~ P (λ1)，Y ~ P (λ2)，且X 与Y 独立，有X 与Y 的特征函数分别为)1(e1e )(−=itt X λϕ，)1(e2e )(−=itt Y λϕ，则X + Y 的特征函数为)1)(e(21e )()()(−++==itt t t Y X Y X λλϕϕϕ，这是泊松分布P (λ1 + λ2)的特征函数，故根据特征函数的唯一性定理知X + Y ~ P (λ1 + λ2)．8． 试用特征函数的方法证明伽马分布的可加性：若X ~ Ga (α1, λ)，Y ~ Ga (α2, λ)，且X 与Y 独立，则X + Y ~ Ga (α1 + α2 , λ)．证：因X ~ Ga (α1, λ)，Y ~ Ga (α2, λ)，且X 与Y 独立，有X 与Y 的特征函数分别为11)(αλϕ−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=it t X ，21)(αλϕ−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=it t Y ，则X + Y 的特征函数为)(211)()()(ααλϕϕϕ+−+⎟⎠⎞⎜⎝⎛−==it t t t Y X Y X ，这是伽马分布Ga (α1 + α2 , λ)的特征函数，故根据特征函数的唯一性定理知X + Y ~ Ga (α1 + α2 , λ)．9． 试用特征函数的方法证明χ 2分布的可加性：若X ~ χ 2 (n )，Y ~ χ 2 (m )，且X 与Y 独立，则X + Y ~ χ 2 (n + m )．证：因X ~ χ 2 (n )，Y ~ χ 2 (m )，且X 与Y 独立，有X 与Y 的特征函数分别为2)21()(n X it t −−=ϕ，2)21()(m Y it t −−=ϕ，则X + Y 的特征函数为2)21()()()(m n Y X Y X it t t t +−+−==ϕϕϕ，这是χ 2分布χ 2 (n + m )的特征函数，故根据特征函数的唯一性定理知X + Y ~ χ 2 (n + m )．10．设X i 独立同分布，且X i ~ Exp(λ)，i = 1, 2, …, n ．试用特征函数的方法证明：),(~1λn Ga X Y ni i n ∑==．证：因X i ~ Exp (λ)，i = 1, 2, …, n ，且X i 相互独立，有X i 的特征函数为11)(−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=−=λλλϕit it t i X ，则∑==ni i n X Y 1的特征函数为nni X Y it t t i n −=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−==∏λϕϕ1)()(1，这是伽马分布Ga (n , λ)的特征函数，故根据特征函数的唯一性定理知Y n ~ Ga (n , λ)．11．设连续随机变量X 的密度函数如下：+∞<<∞−−+⋅=x x x p ,)(π1)(22µλλ， 其中参数λ > 0, −∞ < µ < +∞，常记为X ~ Ch (λ, µ )．（1）试证X 的特征函数为exp{i µ t − λ | t |}，且利用此结果证明柯西分布的可加性； （2）当µ = 0, λ = 1时，记Y = X ，试证ϕ X + Y (t ) = ϕ X (t ) ⋅ϕ Y (t )，但是X 与Y 不独立；（3）若X 1, X 2, …, X n 相互独立，且服从同一柯西分布，试证：)(121n X X X n+++L 与X 1同分布． 证：（1）根据第4题第（2）小题的结论知：若X *的密度函数为22π1)(*xx p +⋅=λλ，即X * ~ Ch (λ, 0)， 则X *的特征函数为ϕ * (t ) = e −λ | t |，且X = X * + µ 的密度函数为22)(π1)(µλλ−+⋅=x x p ， 故X 的特征函数为ϕ X (t ) = e i µ t ϕ * (t ) = e i µ t ⋅ e −λ | t | = e i µ t −λ | t |； 若X 1 ~ Ch (λ1, µ1)，X 2 ~ Ch (λ2, µ2)，且相互独立，有X 1与X 2的特征函数分别为||111e )(t t i X t λµϕ−=，||222e )(t t i X t λµϕ−=， 则X 1 + X 2的特征函数为||)()(21212121e )()()(t t i X X X X t t t λλµµϕϕϕ+−++==，这是柯西分布Ch (λ1 + λ2, µ1 + µ2)的特征函数，故根据特征函数的唯一性定理知X 1 + X 2 ~ Ch (λ1 + λ2, µ1 + µ2)； （2）当µ = 0, λ = 1时，X ~ Ch (1, 0)，有X 的特征函数为ϕ X (t ) = e −| t |，又因Y = X ，有Y 的特征函数为ϕ Y (t ) = e −| t |，且X + Y = 2X ，故X + Y 的特征函数为ϕ X + Y (t ) = ϕ 2X (t ) = ϕ X (2t ) = e −| 2t | = e −| t | ⋅ e −| t | =ϕ X (t ) ⋅ϕ Y (t )； 但Y = X ，显然有X 与Y 不独立；（3）因X i ~ Ch (λ, µ )，i = 1, 2, …, n ，且X i 相互独立，有X i 的特征函数为||e )(t t i X t i λµϕ−=， 则)(121n n X X X nY +++=L 的特征函数为 )(e e )()(1||111t n t t t X t t i n t n ti n ni X ni X nY i in ϕϕϕϕλµλµ===⎟⎠⎞⎜⎝⎛==−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅−⋅==∏∏，故根据特征函数的唯一性定理知)(121n X X X n+++L 与X 1同分布． 12．设连续随机变量X 的密度函数为p (x )，试证：p (x ) 关于原点对称的充要条件是它的特征函数是实的偶函数．证：方法一：根据随机变量X 与−X 的关系充分性：设X 的特征函数ϕ X (t )是实的偶函数，有ϕ X (t ) = ϕ X (−t )，则−X 的特征函数ϕ −X (t ) = ϕ X (−t ) = ϕ X (t )，根据特征函数的唯一性定理知−X 与X 同分布，因X 的密度函数为p (x )，有−X 的密度函数为p (−x )，故由−X 与X 同分布可知p (−x ) = p (x )，即p (x ) 关于原点对称； 必要性：设X 的密度函数p (x ) 关于原点对称，有p (−x ) = p (x )， 因−X 的密度函数为p (−x )，即−X 与X 同分布，则−X 的特征函数ϕ −X (t ) = ϕ X (−t ) = ϕ X (t )，且)(][e ][e ][e )()()(t E E E t t X itX itX X it X X ϕϕϕ=====−−−， 故X 的特征函数ϕ X (t )是实的偶函数． 方法二：根据密度函数与特征函数的关系充分性：设连续随机变量X 的特征函数ϕ X (t )是实的偶函数，有ϕ X (t ) = ϕ X (−t )，因∫+∞∞−−=dt t x p itx )(e π21)(ϕ，有∫∫+∞∞−+∞∞−−−==−dt t dt t x p itxx it )(e π21)(e π21)()(ϕϕ， 令t = −u ，有dt = −du ，且当t → −∞时，u → +∞；当t → +∞时，u → −∞，则)()(e π21)(e π21))((e π21)()(x p du u du u du u x p iuxiux x u i ==−=−−=−∫∫∫+∞∞−−+∞∞−−−∞∞+−ϕϕϕ， 故p (x ) 关于原点对称；必要性：设X 的密度函数p (x ) 关于原点对称，有p (−x ) = p (x )，因∫+∞∞−−==dx x p E t itxitX)(e )(e)(ϕ，有∫∫+∞∞−−+∞∞−−==−dx x p dx x p t itx xt i )(e )(e)()(ϕ，令x = −y ，有dx = −dy ，且当x → −∞时，y → +∞；当x → +∞时，y → −∞， 则)()(e )(e ))((e )()(t dy y p dy y p dy y p t X ity ity y it X ϕϕ==−=−−=−∫∫∫+∞∞−+∞∞−−∞∞+−−，且)(][e ][e ][e )()()(t E E E t t X itX itX X t i X X ϕϕϕ====−=−−， 故X 的特征函数ϕ X (t )是实的偶函数．13．设X 1, X 2, …, X n 独立同分布，且都服从N(µ , σ 2)分布，试求∑==ni i X n X 11的分布．证：因X i ~ N (µ , σ 2)，i = 1, 2, …, n ，且X i 相互独立，有X i 的特征函数为222e)(t t i X t i σµϕ−=，则∑==n i i X n X 11的特征函数为nt t i n t n t i n ni X n i X n X n t t t i i 2211112222ee)()(σµσµϕϕϕ−⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⋅====⎟⎠⎞⎜⎝⎛==∏∏，这是正态分布⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛n N 2,σµ的特征函数，故根据特征函数的唯一性定理知⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=∑=n N X n X ni i 21,~1σµ． 14．利用特征函数方法证明如下的泊松定理：设有一列二项分布{b (k , n , p n )}，若λ=→∞n n np lim ，则L ,2,1,0,e !),,(lim ==−∞→k k p n k b kn n λλ．证：二项分布b (n , p n )的特征函数为ϕ n (t ) = ( p n e it + 1 − p n ) n = [1 + p n (e it − 1)] n ，且n → ∞时，p n → 0，因)1(e)1(e )1(e 1e )]1(e 1[lim )]1(e 1[lim )(lim −−⋅−→→∞→∞=−+=−+=itit n it n n np p itn p n it n n n n p p t λϕ，。
概率论与数理统计第四章测试题
概率论与数理统计第四章测试题第4章 随机变量的数字特征一、选择题1．设两个相互独立的随机变量X 和Y 的方差分别为4和2，则随机变量3X-2Y 的方差是 (A) 8 (B) 16 (C) 28 (D) 44 2．若随机变量X 和Y 的协方差(),0Cov X Y =，则以下结论正确的是（ ） (A)X与Y 相互独立 (B) D(X+Y)=DX+DY(C)D(X-Y)=DX-DY (D) D(XY)=DXDY 3．设随机变量X和Y相互独立，且()()221122,,,X N Y N μσμσ::，则2Z X Y =+:（ ）(A) ()221212,2N μμσσ++ (B) ()221212,N μμσσ++ (C) ()2212122,4N μμσσ++ (D) ()2212122,4N μμσσ--4．设二维随机变量(X,Y)服从二维正态分布，则随机变量ξ=X+Y 与η=X-Y 不相关的充要条件为(A) EX=EY (B) E(X 2)- (EX)2= E(Y 2)- (EY)2(C) E(X 2)= E(Y 2) (D) E(X 2)+(EX)2=E(Y 2)+ (EY)25．设X 、Y 是两个相互独立的随机变量且都服从于()0,1N ，则()max ,Z X Y =的数学10．设随机变量X 和Y 独立同分布，具有方差2σ>0，则随机变量U=X+Y 和V=X-Y（A ）独立 (B) 不独立 （C ） 相关 (D) 不相关11．随机变量X 的方差存在，且E(X)=μ，则对于任意常数C ，必有 。
（A ）E(X-C)2=E(X 2)-C 2 （B ）E(X-C)2=E(X-μ)2（C ）E(X-C)2< E(X-μ)2（D ）E(X-C)2≥ E(X-μ)212．设X~U(a,b), E(X)=3, D(X)=31, 则P(1<X<3) =（ ）（A ）0 （B ）41 （C ）31 （D ）21二、填空题1．设X 表示10次独立重复射击命中目标的次数，每次命中目标的概率为0.4，则()2E X =2．设一次试验成功的概率为p ，进行了100次独立重复试验，当p = 时，成功的次数的标准差的值最大，其最大值为3．设随机变量X 在区间[-1,2]上服从均匀分布，随机变量100010X Y X X >⎧⎪= =⎨⎪- <⎩，则Y 的方差DY=4．()4D X =，()9D Y =，0.5XYρ=，则()D X Y -=，()D X Y +=5．设随机变量X 服从于参数为λ的泊松分布，且已知()()121E X X --=⎡⎤⎣⎦，则λ= 6．设(X,Y)的概率分布为：则),cov(22Y X＝ 。
概率论与数理统计答案 第四章习题
(x2
3000x)dx
1 1500 2
x3 3
1500 0
1 1500 2
(
x3 3
1500
x
2
)
3000 1500
500 4(500) (1000) 1500
X -2 0 2
6.设随机变量X的分布律为 pk 0.4 0.3 0.3 求E(X),E(X2),E(3X2+5).
3
解
E( X ) xk pk (2) 0.4 0 0.3 2 0.3 0.2
0),
2t ,
(a 1) a(a),
dx dt
2t
(1)
1,
(1
2)
.
E(X) 02tet
dt
2t
2 0t1 2etdt
2(3 2)
2 1 (1 2)
2
2
E(
X
2
)
0
3
(2t )3
2
2
et
2t
dt
2
2
0
te t
dt
2
2(2)
2
2
20. 设长方形的高(以m计)X~U(0,2),己知长方形的周长(以m计)为 20,求长方形面积A的数学期望和方差.
k 1
3
E( X 2 ) xk2 pk (2)2 0.4 02 0.3 22 0.3 2.8
k 1
3
E(3X2 5) (3xk2 5)pk [3(2)2 5]0.4[302 5]0.3[322 5]0.3 13.4
k1
或 E(3X2+5)= 3E(X2) + 5 = 32.8 + 5 =13.4
概率论与数理统计第4章习题
1
2.已知X的密度函数为
f ( x)
1
e
x 2 2 x 1
, 则EX ______
解： EX xf ( x )dx
1 ( x 1 ) 2 xe dx 1 2
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2 0.5 0.3 0.8
02 2 1 2 0.2 P{X 0}
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11
3. 设随机变量X服从参数为2的泊松分布,求
SCHOOL OF STATISTICS
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10
2. 若随机变量 服从均值为, 方差为 的正态 X 2
2
分布，且 {2 X 4} 0.3, 求P{ X 0}. P
解： X ~ N（2, 2）由 P{2 X 4} 0.3
2 (0) 0.3
一、填空题
习题四
1.设X表示10次独立重复射击命中目 标的次数， 每次射中目标的概率为 .4，则X 的数学期望 0
2
E（X 2 _______ ） . 解：X ~ B（ ，.4 10 0 ） EX 10 0.4 4 DX 10 0.4 0.6 2.4
EX 2 DX ( EX ) 2 18.4
cov(X ,Y ) XY DX DY 0.5 2 3 3
D(2 X 3Y ) 2 4 3 9 12 3 61
2 2
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概率论与数理统计主编课后习题答案
习题1试说明随机试验应具有的三个特点．习题2将一枚均匀的硬币抛两次，事件A，B，C分别表示“第一次出现正面”，“两次出现同一面”，“至少有一次出现正面”，试写出样本空间及事件A，B，C中的样本点.1.2 随机事件的概率1.3 xx概型与几何概型1.4 条件概率1.5 事件的独立性复习总结与总习题解答习题3. 证明下列等式：习题5.习题6.习题7习题8习题9习题10习题11习题12习题13习题14习题15习题16习题17习题18习题19习题20习题21习题22习题23习题24习题25习题26第二章随机变量及其分布2.1 随机变量习题1随机变量的特征是什么？解答：①随机变量是定义在样本空间上的一个实值函数.②随机变量的取值是随机的，事先或试验前不知道取哪个值.③随机变量取特定值的概率大小是确定的.习题2试述随机变量的分类.解答：①若随机变量X的所有可能取值能够一一列举出来，则称X为离散型随机变量；否则称为非离散型随机变量.②若X的可能值不能一一列出，但可在一段连续区间上取值，则称X为连续型随机变量.习题3盒中装有大小相同的球10个，编号为0,1,2,⋯,9, 从中任取1个，观察号码是“小于5”，“等于5”，“大于5”的情况，试定义一个随机变量来表达上述随机试验结果，并写出该随机变量取每一个特定值的概率.解答：分别用ω1,ω2,ω3表示试验的三个结果“小于5”，“等于5”，“大于5”，则样本空间S={ω1,ω2,ω3}, 定义随机变量X如下：X=X(ω)={0,ω=ω11,ω=ω2,2,ω=ω3则X取每个值的概率为P{X=0}=P{取出球的号码小于5}=5/10,P{X=1}=P{取出球的号码等于5}=1/10,P{X=2}=P{取出球的号码大于5}=4/10.2.2 离散型随机变量及其概率分布习题1设随机变量X服从参数为λ的泊松分布，且P{X=1}=P{X=2}, 求λ.解答：由P{X=1}=P{X=2}, 得λe-λ=λ^2/2e^-λ,解得λ=2.习题2设随机变量X的分布xx为P{X=k}=k15,k=1,2,3,4,5,试求(1)P{12<X<52; (2)P{1≤X≤3};(3)P{X>3}.解答：(1)P{12<X<52=P{X=1}+P{X=2}=115+215=15;(2)P{≤X≤3}=P{X=1}+P{X=2}+P{X=3}=115+215+315=25;(3)P{X>3}=P{X=4}+P{X=5}=415+515=35.习题3已知随机变量X只能取-1,0,1,2四个值，相应概率依次为,,,, 试确定常数c, 并计算P{X<1∣X≠0}.解答：依题意知，+++=1, 即=1,解得c=3716=2.3125.由条件概率知P{X<1∣X≠0}=P{X<1,X≠0}P{X≠0}=P{X=-1}P{X≠0} =1=-3=26.25=0.32.习题4一袋中装有5只球，编号为1,2,3,4,5. 在袋中同时取3只，以X表示取出的3只球中的最大号码，写出随机变量X的分布xx.解答：随机变量X的可能取值为3,4,5.P{X=3}=C22⋅53=110, P{X=4}=C32⋅53=310, P{X=5}=C42⋅53=3 5,所以X的分布xx为习题5某加油站替出租车公司代营出租汽车业务，每出租一辆汽车，可从出租公司得到3元.因代营业务，每天加油站要多付给职工服务费60元，设每天出租汽车数X是一个随机变量，它的概率分布如下：就是说，加油站因代营业务得到的收入大于当天的额外支出费用的概率为0.6.习题6设自动生产线在调整以后出现废品的概率为p=0.1, 当生产过程中出现废品时立即进行调整，X代表在两次调整之间生产的合格品数，试求：(1)X的概率分布；(2)P{X≥5};(3)在两次调整之间能以0.6的概率保证生产的合格品数不少于多少?解答：(1)P{X=k}=(1-p)kp=(0.9)k×0.1,k=0,1,2,⋯;(2)P{X≥5}=∑k=5∞P{X=k}=∑k=5∞(0.9)k×0.1=(0.9)5;(3)设以0.6的概率保证在两次调整之间生产的合格品不少于m 件，则m应满足P{X≥m}=0.6,即P{X≤m-1}=0.4. 由于P{X≤m-1}=∑k=-1(0.9)k(0.1)=1-(0.9)m,故上式化为1=0.4, 解上式得m≈4.85≈5,因此，以0.6的概率保证在两次调整之间的合格品数不少于5.习题7设某运动员投篮命中的概率为0.6, 求他一次投篮时，投篮命中的概率分布.解答：此运动员一次投篮的投中次数是一个随机变量，设为X, 它可能的值只有两个，即0和1.X=0表示未投中，其概率为p1=P{X=0}=1-0.6=0.4,X=1表示投中一次，其概率为p2=P{X=1}=0.6.则随机变量的分布xx为习题8某种产品共10件，其中有3件次品，现从中任取3件，求取出的3件产品中次品的概率分布.解答：设X表示取出3件产品的次品数，则X的所有可能取值为0,1,2,3. 对应概率分布为P{X=0}=C103=35120,P{X=1}=C103=36120,P{X=2}=C103=21120,P{X=3}=C103=1120.X的分布xx为习题9一批产品共10件，其中有7件正品，3件次品，每次从这批产品中任取一件，取出的产品仍放回去，求直至取到正品为止所需次数X的概率分布.解答：由于每次取出的产品仍放回去，各次抽取相互独立，下次抽取时情况与前一次抽取时完全相同，所以X的可能取值是所有正整数1,2,⋯,k,⋯.设第k次才取到正品(前k-1次都取到次品), 则随机变量X的分布xx为P{X=k}=310×310×⋯×310×710=(310)k-1×710,k=1,2,⋯.习题10设随机变量X∼b(2,p),Y∼b(3,p), 若P{X≥1}=59,求P{Y≥1}.解答：因为X∼b(2,p),P{X=0}=(1-p)2=1-P{X≥1}=1-5/9=4/9,所以p=1/3.因为Y∼b(3,p), 所以P{Y≥1}=1-P{Y=0}=1-(2/3)3=19/27.习题11纺织厂女工照顾800个纺绽，每一纺锭在某一xxτ内断头的概率为0.005, 在τ这xx内断头次数不大于2的概率.解答：以X记纺锭断头数, n=800,p=0.005,np=4,应用泊松定理，所求概率为：P{0≤X≤2}=P{⋃0≤xi≤2{X=xi}=∑k=02b(k;800,0.005)≈∑k=02P(k;4)=e-4(1+41!+422!)≈0.2381.习题12设书籍上每页的印刷错误的个数X服从泊松分布，经统计发现在某本书上，有一个印刷错误与有两个印刷错误的页数相同，求任意检验4页，每页上都没有印刷错误的概率.解答：\becauseP{X=1}=P{X=2}, 即λ11!e-λ=λ22!e-λ⇒λ=2,∴P{X=0}=e-2,∴p=(e-2)4=e-8.2.3 随机变量的分布函数习题1F(X)={0,x<-20.4,-2≤x<01,x≥0,是随机变量X的分布函数，则X是___________型的随机变量.解答：离散.由于F(x)是一个阶梯函数，故知X是一个离散型随机变量.习题2设F(x)={0x<0x20≤1,1x≥1问F(x)是否为某随机变量的分布函数.解答：首先，因为0≤F(x)≤1,∀x∈(-∞,+∞).其次，F(x)单调不减且右连续，即F(0+0)=F(0)=0, F(1+0)=F(1)=1,且F(-∞)=0,F(+∞)=1,所以F(x)是随机变量的分布函数.习题3已知离散型随机变量X的概率分布为P{X=1}=0.3,P{X=3}=0.5,P{X=5}=0.2,试写出X的分布函数F(x)，并画出图形.解答：由题意知X的分布xx为：求P{0.4<X≤1.3},P{X>0.5},P{1.7<X≤2}.解答：P{0.4<X≥1.3}=P{1.3}-F(0.4)=(1.3-0.5)-0.4/2=0.6, P{X>0.5}=1-P{X≤0.5}=1-F(0.5)=1-0.5/2=0.75,P{1.7<X≤2}=F(2)-F(1.7)=1-1=0.习题6设随机变量X的分布函数为F(x)=A+Barctanx(-∞<x<+∞),试求：(1)系数A与B;(2)X落在(-1,1]内的概率.解答：(1)由于F(-∞)=0,F(+∞)=1,可知{A+B(-π2)A+B(π2)=1=0⇒A=12,B=1π,于是F(x)=12+1πarctanx, -∞<x<+∞;(2)P{-1<X≤1}=F(1)-F(-1)=(12+1πarctan1)-[12+1πarctanx(-1)]=12+1π⋅ππ(-π4)=12.习题7在区间[0,a]上任意投掷一个质点，以X表示这个质点的坐标.设这个质点落在[0,a]中任意小区间内的概率与这个小区间的xx成正比例，试求X的分布函数.解答：F(x)=P{X≤x}={0,x<0xa,0≤x<a.1,x≥a2.4 连续型随机变量及其概率密度习题1设随机变量X的概率密度为f(x)=12πe-(x+3)24(-∞<x<+∞),则Y=¯∼N(0,1).解答：应填3+X2.由正态分布的概率密度知μ=-3,σ=2由Y=X-μσ∼N(0,1), 所以Y=3+X2∼N(0,1).习题2已知X∼f(x)={2x,0<x<10,其它, 求P{X≤0.5};P{X=0.5};F(x).解答：P{X≤0.5}=∫-∞(x)dx=∫-∞00dx+∫00.52xdx=x2∣00.5=0.25, P{X=0.5}=P{X≤0.5}-P{X<0.5}=∫-∞(x)dx-∫-∞(x)dx=0.当X≤0时，F(x)=0;当0<x<1时，F(x)=∫-∞xf(t)dt=∫-∞00dt+∫0x2tdt=t2∣0x=x2;当X≥1时，F(x)=∫-∞xf(t)dt=∫-∞00dt+∫0x2tdt+∫1x0dt=t2∣01=1,故F(x)={0,x≤0x2,0<x<1.1,x≥1习题3设连续型随机变量X的分布函数为F(x)={A+Be-2x,x>00,x≤0,试求：(1)A,B的值；(2)P{-1<X<1}; (3)概率密度函数F(x).解答：(1)\becauseF(+∞)=limx→+∞(A+Be-2x)=1, ∴A=1;又\becauselimx→0+(A+Be-2x)=F(0)=0,∴B=-1.(2) P{-1<X<1}=F(1)-F(-1)=1-e-2.(3)f(x)=F′(x)={2e-x,x>00,x≤0.习题4服从拉普拉斯分布的随机变量X的概率密度f(x)=Ae-∣x∣,求系数A及分布函数F(x).解答：由概率密度函数的性质知，∫-∞+∞f(x)dx=1,即∫-∞+∞Ae-∣x∣dx=1,而∫-∞+∞Ae-∣x∣dx=∫-∞0Aexdx+∫0+∞Ae-xdx=Aex∣-∞0+(-Ae-x∣0+∞)=A+A=或∫-∞+∞Ae-xdx=2∫0+∞Ae-xdx=-2Ae-x∣0+∞=,所以=1, 即A=1/2.从而f(x)=12e-∣x∣,-∞<x<+∞,又因为F(x)=∫-∞xf(t)dt,所以当x<0时，F(x)=∫-∞x12e-∣t∣dt=12∫-∞xetdt=12et∣-∞x=12ex;当x≥0时，F(x)=∫-∞x12e-∣x∣dt=∫-∞012etdt+∫0x12e-tdt=12et∣-∞0-12e-t∣0x=12-12e-x+12=1-12e-x,从而F(x)={12ex,x<01-12e-x,x≥0.习题5某型号电子管，其寿命(以小时计)为一随机变量，概率密度f(x)={100x2,x≥1000,其它,某一电子管的使用寿命为X, 则三个电子管使用150小时都不需要更换的概率.解答：设电子管的使用寿命为X, 则电子管使用150小时以上的概率为P{X>150}=∫150+∞f(x)dx=∫150+∞100x2dx=-100x∣150+∞=100150=23,从而三个电子管在使用150小时以上不需要更换的概率为p=(2/3)3=8/27.习题6设一个汽车站上，某路公共汽车每5分钟有一辆车到达，设乘客在5分钟内任一时间到达是等可能的，试计算在车站候车的10位乘客中只有1位等待时间超过4分钟的概率.解答：设X为每位乘客的候车时间，则X服从[0,5]xx的均匀分布. 设Y表示车站xx10位乘客中等待时间超过4分钟的人数. 由于每人到达时间是相互独立的.这是10xx努力概型. Y服从二项分布，其参数n=10,p=P{X≥4}=15=0.2,所以P{Y=1}=C101×0.2×0.89≈0.268.习题7设X∼N(3,22).(1)确定C, 使得P{X>c}=P{X≤c};(2)设d满足P{X>d}≥0.9,问d至多为多少?解答：因为X∼N(3,22), 所以X-32=Z∼N(0,1).(1)欲使P{X>c}=P{X≤c},必有1-P{X≤c}=P{X≤c},即P{X≤c}=1/2,亦即Φ(c-32)=12, 所以c-32=0, 故c=3.(2)由P{X>d}≥0.9可得1-P{X≤d}≥0.9,即P{X≤d}≤0.1.于是Φ(d-32)≤0.1,Φ(3-d2)≥0.9.查表得3-d2≥1.282,所以d≤0.436.习题8设测量误差X∼N(0,102), 先进行100次独立测量，求误差的绝对值超过19.6的次数不小于3的概率.解答：先求任意误差的绝对值超过19.6的概率p,p=P{∣X∣>19.6}=1-P{∣X∣≤19.6}=1-P{∣X10∣≤1.96=1-[Φ(1.96)-Φ(-1.96)]=1-[2Φ(1.96)-1]=1-[2×0.975-1]=1-0.95=0.05.设Y为100次测量中误差绝对值超过19.6的次数，则Y∼b(100,0.05).因为n很大，p很小，可用泊松分布近似，np=5=λ, 所以P{Y≥3}≈1-50e-50!-51e-51!-52e-52!=1-3722-5≈0.87.习题9某玩具厂装配车间准备实行计件超产奖，为此需对生产定额作出规定. 根据以往记录，各工人每月装配产品数服从正态分布N(4000,3600).假定车间主任希望10%的工人获得超产奖，求：工人每月需完成多少件产品才能获奖？解答：用X表示工人每月需装配的产品数，则X∼N(4000,3600).设工人每月需完成x件产品才能获奖，依题意得P{X≥x}=0.1,即1-P{X<x}=0.1,所以1-F(x)=0.1, 即1-Φ(x-400060)=0.1, 所以Φ(x-400060)=0.9.查标准正态人分布表得Φ(1.28)=0.8997, 因此x-400060≈1.28,即x=4077件，就是说，想获超产奖的工人，每月必须装配4077件以上.习题10某地区18岁女青年的血压(收缩压，以mm-HG计)服从N(110,122). 在该地区任选一18岁女青年，测量她的血压X.(1)求P{X≤105},P{100<X≤120};(2)确定最小的x, 使P{X>x}≤0.005.解答：已知血压X∼N(110,122).(1)P{X≤105}=P{X-11012≤-512≈1-Φ(0.42)=0.3372,P{100<X≤120}=Φ(120-11012)-Φ(100-11012)=Φ(0.833)-Φ(-0.833)=2Φ(0.833)-1≈0.595.(2)使P{X>x}≤0.05,求x, 即1-P{X≤x}≤0.05,亦即Φ(x-11012)≥0.95,查表得x-10012≥1.645,从而x≥129.74.习题11设某xx男子身高X∼N(170,36), 问应如何选择公共汽车车门的高度使男子与车门碰头的机会小于0.01.解答：X∼N(170,36), 则X-1706∼N(0,1).设公共汽车门的高度为xcm，由题意P{X>x}<0.01, 而P{X>x}=1-P{X≤x}=1-Φ(x-1706)<0.01,即Φ(x-1706)>0.99, 查标准正态表得x-1706>2.33, 故x>.因此，车门的高度超过时，男子与车门碰头的机会小于0.01.习题12某人去火车站乘车，有两条路可以走. 第一条路程较短，但交通拥挤，所需时间(单位：分钟)服从正态分布N(40,102); 第。
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第 4 章随机变量的数字特征一、填空题1、设X为北方人的身高，Y 为南方人的身高，则“北方人比南方人高”相当于E( X ) E(Y)2、设X为今年任一时刻天津的气温，Y 为今年任一时刻北京的气温，则今年天津的气温变化比北京的大，相当于D(X) D(Y) .3、已知随机变量X 服从二项分布，且E(X ) 2.4, D(X) 1.44 ，则二项分布的参数n= 6 , p= .4、已知X服从(x ) 1 e x2 2x 1，则 . E(X)=1 , D(X)=1/2.5、设X的分布律为X 1 0 1 2P 1 1 1 1 8 4 2 8则 E(2X 1) 9/4 .6、设X ,Y相互独立，则协方差cov( X ,Y ) 0 .这时， X ,Y 之间的相关系数XY 0 .7 、若XY是随机变量 (X,Y)的相关系数，则 | XY| 1的充要条件是P Y aX b 1 .8、XY是随机变量 ( X ,Y ) 的相关系数，当XY 0时，X与Y 不相关，当| XY | 1 时，X 与 Y 几乎线性相关 .9、若D(X) 8, D(Y ) 4 ，且X ,Y相互独立，则 D (2X Y ) 36 .10、若a, b为常数，则D (aX b) a2 D ( X ) .11、若X ,Y相互独立，E( X ) 0, E(Y) 2 ，则 E(XY ) 0 .12、若随机变量X 服从[0,2 ]上的均匀分布，则E( X )π.13、若D(X) 25, D(Y ) 36, XY 0.4 ，则 cov( X ,Y ) 12 ， D(X Y) 85，D ( X Y ) 37 .14、已知E( X ) 3，D(X) 5，则E(X 2)2 30 .15、若随机变量X 的概率密度为e x x 0，(x)x，则 E(2X ) 20 0E (e 2 X ) 1/3 .二、计算题1、五个零件中有 1 个次品，进行不放回地检查，每次取 1 个，直到查到次品为止。
概率论与数理统计第四章测试题
第4章 随机变量的数字特征一、选择题1．设两个相互独立的随机变量X 和Y 的方差分别为4和2，则随机变量3X-2Y 的方差是 (A) 8 (B) 16 (C) 28 (D) 442．若随机变量X 和Y 的协方差(),0Cov X Y =，则以下结论正确的是（ ）(A) X 与Y 相互独立 (B) D(X+Y)=DX+DY(C) D(X-Y)=DX-DY (D) D(XY)=DXDY 3．设随机变量X 和Y 相互独立，且()()221122,,,XN Y N μσμσ，则2Z X Y =+（ ） (A) ()221212,2N μμσσ++ (B) ()221212,N μμσσ++(C) ()2212122,4N μμσσ++ (D) ()2212122,4N μμσσ--4．设二维随机变量(X,Y)服从二维正态分布，则随机变量ξ=X+Y 与η=X-Y 不相关的充要条件为(A) EX=EY (B) E(X 2)- (EX)2= E(Y 2)- (EY)2(C) E(X 2)= E(Y 2)(D) E(X 2)+(EX)2= E(Y 2)+ (EY)25．设X 、Y 是两个相互独立的随机变量且都服从于()0,1N ，则()max ,Z X Y =的数学 期望()E Z =（ ） (A)(B) 0 (C) (D) 6．设X 、Y 是相互独立且在()0,θ上服从于均匀分布的随机变量，则()min ,E X Y =⎡⎤⎣⎦（ ）(A)2θ (B) θ (C) 3θ (D) 4θ7．设随机变量X 和Y 的方差存在且不等于0，则D(X+Y)=DX+DY 是X 和Y （ ）(A) 不相关的充分条件，但不是必要条件 (B) 独立的充分条件，但不是必要条件 (C) 不相关的充分必要条件 (D) 独立的充分必要条件 8．若离散型随机变量X 的分布列为(){}()1121,2,2nnn P X n =-⋅==，则()E X =（ ） (A) 2 (B) 0 (C) ln2 (D) 不存在9．将一枚硬币重复掷n 次，以X 和Y 分别表示正面向上和反面向上的次数，则X 和Y 的相关系数等于（A ）－1 （B ）0 （C ）21 （D ）110．设随机变量X 和Y 独立同分布，具有方差2σ>0，则随机变量U=X+Y 和V=X-Y （A ）独立 (B) 不独立 （C ） 相关 (D) 不相关11．随机变量X 的方差存在，且E(X)=μ，则对于任意常数C ，必有 。
概率论与数理统计（理工类_第四版）吴赣昌主编课后习题答案第四章.pdf
第四章随机变量的数字特征4.1 数学期望习题1设随机变量X服从参数为p的0-1分布，求E(X).解答：依题意，X的分布律为X01P1-p p由E(X)=∑i=1∞xipi,有E(X)=0⋅(1-p)+1⋅p=p.习题2袋中有n张卡片，记有号码1,2,…,n.现从中有放回抽出k张卡片来，求号码之和X的期望.分析：.解答：设Xi表示第i次取得的号码，则X=∑i=1kXi,且P{Xi=m}=1n,其中m=1,2,⋯,n,i=1,2,⋯,k,故E(Xi)=1n(1+2+⋯+n)=n+12,i=1,2,⋯,k,从而E(X)=∑i=1kE(Xi)=k(n+1)2.习题3某产品的次品率为0.1,检验员每天检验4次. 每次随机地抽取10件产品进行检验，如发现其中的次品数多于1，就去调整设备. 以X表示一天中调整设备的次数，试求E(X)(设诸产品是否为次品是相互独立的).解答：X的可能取值为0,1,2,3,4,且知X∼b(4,p),其中p=P{调整设备}=1-C101×0.1×0.99-0.910≈0.2639,所以E(X)=4×p=4×0.2639=1.0556.习题4据统计，一位60岁的健康(一般体检未发生病症)者，在5年之内仍然活着和自杀死亡的概率为p(0<p<1,p为已知),在5年之内非自杀死亡的概率为1-p,保险公司开办5年人寿保险，条件是参加者需交纳人寿保险费a元(a已知),若5年内非自杀死亡，公司赔偿b元(b>a),应如何确定b才能使公司可期望获益，若有m人参加保险，公司可期望从中收益多少？解答：令X=“从一个参保人身上所得的收益”，由X的概率分布为+32×0.1+22×0.0+12×0.1+42×0.0+32×0.3+22×0.1=5.也可以利用期望的性质求E(Z), 得E[(X-Y)2]=E(X2-2XY+Y2)=E(X2)-2E(XY)+E(Y2)=(12×0.4+22×0.2+32×0.4)-2[-1×0.2 +1×0.1+(-2)×0.1+2×0.1+(-3)×0.0+3×0.1] +(-1)2×0.3+12×0.3 =5.习题12设(X,Y)的概率密度为f(x,y)={12y2,0≤y≤x≤10,其它,求E(X),E(Y),E(XY),E(X2+Y2). 解答： 如右图所示.E(X)=∫-∞+∞∫-∞+∞xf(x,y)dxdy=∫01dx∫0xx ⋅12y2dy=45,E(Y)=∫-∞+∞∫-∞+∞yf(x,y)dxdy=∫01dx∫0xy ⋅12y2dy=35,E(XY)=∫-∞+∞∫-∞+∞xyf(x,y)dxdy=∫01dx∫0xxy ⋅12y2dy=12,E(X2+Y2)=∫-∞+∞∫-∞+∞(x2+y2)f(x,y)dxdy=∫01dx∫0x(x2+y2)⋅12y2dy=23+615=1615. 习题13设X 和Y 相互独立，概率密度分别为ϕ1(x)={2x,0≤x≤10,其它,ϕ2(y)={e-(y-5),y>50,其它,求E(XY). 解答：解法一 由独立性.E(XY)=E(X)⋅E(Y)=∫01x ⋅2xdx∫0+∞ye -(y-5)dy=23×6=4.解法二 令z=y-5, 则E(XY)=E(X)⋅E(Y)=∫01x ⋅2xdx ⋅E(z+5)=23×(1+5)=4.4.2 方差习题1设随机变量X 服从泊松分布，且P(X=1)=P(X=2), 求E(X),D(X). 解答：由题设知，X 的分布律为P{X=k}=λkk!e -λ(λ>0)λ=0(舍去),λ=2.所以E(X)=2,D(X)=2.习题2下列命题中错误的是().(A)若X∼p(λ),则E(X)=D(X)=λ;(B)若X服从参数为λ的指数分布，则E(X)=D(X)=1λ; Array (C)若X∼b(1,θ),则E(X)=θ,D(X)=θ(1-θ);(D)若X服从区间[a,b]上的均匀分布，则E(X2)=a2+ab+b23.解答：应选(B).E(X)=1λ,D(X)=1λ2.习题3设X1,X2,⋯,Xn是相互独立的随机变量，且都服从正态分布N(μ,σ2)(σ>0),则ξ¯=1n∑i=1nξi服从的分布是¯.解答：由多维随机变量函数的分布知：有限个相互独立的正态随机变量的线性组合仍然服从正态分布，且E(X¯)=μ,D(X¯)=σ2n.习题4若Xi∼N(μi,σi2)(i=1,2,⋯,n),且X1,X2,⋯,Xn相互独立，则Y=∑i=1n(aiXi+bi)服从的分布是 .解答：应填N(∑i=1n(aiμi+bi),∑i=1nai2σi2).由多维随机变量函数的分布知：有限个相互独立的正态随机变量的线性组合仍然服从正态分布，且E(Y)=∑i=1n(aiμi+bi),D(Y)=∑i=1nai2σi2.习题5设随机变量X服从泊松分布，且3P{X=1}+2P{X=2}=4P{X=0},求X的期望与方差.解答：X的分布律为P{X=k}=λkk!e-λ,k=0,1,2,⋯,于是由已知条件得3×λ11!e-λ+2×λ22!e-λ=4×λ00!e-λ,\becauseD(XY)=E(XY)2-E2(XY)=E(X2Y2)-E2(X)2 (Y),又\becauseE(X2Y2)=∫-∞+∞∫-∞+∞x2y2f(x,y)dxdy=∫-∞+∞x2fX(x)dx∫-∞+∞y2fY(y)dy=E(X2)E(Y2),∴D(XY)=E(X2)E(Y2)-E2(X)E2(Y)=[D(X)+E2(X)][D(Y)+E2(Y)]-E2(X)E2(Y)=D(X)D(Y)+D(X)E2(Y)+D(Y)E2(X)=2×3+2×32+3×12=27.习题9设随机变量X1,X2,X3,X4相互独立，且有E(Xi)=i,D(Xi)=5-i,i=1,2,3,4,又设Y=2X1-X2+3X3-12X4,求E(Y),D(Y).解答：E(Y)=E(2X1-X2+3X3-12X4)=2E(X1)-E(X2)+3E(X 3)-12E(X4)=2×1-2+3×3-12×4=7,D(Y)=4D(X1)+D(X2)+9D(X3)+14D(X4)=4×4+3+9×2+14×1=37.25.习题105家商店联营，它们每两周售出的某种农产品的数量(以kg计)分别为X1,X2,X3,X4,X5.已知X1∼N(200,225),X2∼N(240,240),X3∼N(180,225),X4∼N(260,265),X5∼N(320,270),X1,X2,X3,X4,X5相互独立.(1)求5家商店两周的总销售量的均值和方差；(2)商店每隔两周进货一次，为了使新的供货到达前商店不会脱销的概率大于0.99，问商店的仓库应至少储存该产品多少千克？解答：(1)设总销售量为X,由题设条件知X=X1+X2+X3+X4+X5,于是E(X)=∑i=15E(Xi)=200+240+180+260+320=1200, D(X)=∑i=15D(X i)=225+240+225+265+270=1225 .(2)设商店的仓库应至少储存y千克该产品，为使P{X≤y}>0.99,求y.由(1)易知，X∼N(1200,1225),P{X≤y}=P{X-12001225≤y-12001225=Φ(y-12001225)>0.99.查标准正态分布表得y-12001225=2.33,y=2.33×1225+1200≈1282(kg).习题11设随机变量X1,X2,⋯,Xn相互独立，且都服从数学期望为1的指数分布，求Z=min{X1,X2,⋯,Xn}的数学期望和方差.解答：Xi(i=1,2,⋯,n)的分布函数为F(x)={1-e-x,x>00,其它,Z=min{X1,X2,⋯,Xn}的分布函数为FZ(z)=1-[1-F(z)]n={1-e-nz,z>00,其它,于是E(Z)=∫0∞zne-nzdz=-ze-nz∣0∞+e-nzdz=1n,而E(Z2)=∫0∞z2ne-nzdz=2n2,于是D(Z)=E(Z2)-(E(Z))2=1n2.4.3 协方差与相关系数习题1设(X,Y)服从二维正态分布，则下列条件中不是X,Y相互独立的充分必要条件是().(A)X,Y不相关；(B)E(XY)=E(X)E(Y);(C)cov(X,Y)=0;(D)E(X)=E(Y)=0.解答：应选（D）。
概率论与数理统计复习题目 徐雅静 河南理工大学
概率论与数理统计基本题目（题目类型分：1、填空题，2、选择题，3、计算叙述题，4、综合应用题与证明题）一、 填空题：1、设A 、B 、C 为三个事件，则事件“A 、B 至少一个不发生，而C 发生”可表示为2、从5双不同的鞋子中任取4只，则取到的4只鞋子中至少有2只配成双的概率为3、设随机变量X 服从参数为λ的泊松分布，且已知[(1)(2)]1E X X --=，则λ=4、设随机变量12,,,n X X X 相互独立，分布相同，μ=)(i X E ，8)(=i X D ，),2,1(n i ⋯⋯=，则概率{}≥+<<-44μμX P 5、设样本（X 1，X 2，…，X n ）来自于总体N （μ，σ2），记号 X 、S 2分别表示其样本均值、样本方差，则nX /σμ-～ ，22)1(σs n -～1、设A 、B 、C 为三个事件，则事件“A 发生，而B 、C 至少一个不发生”可表示为2、设A 、B 、C 为三个事件，则事件“A 发生，而B 、C 至少一个发生”可表示为3、随机试验E ：将一枚硬币连抛三次，观察出现正面H ，反面T 情况。
写出E 的样本空间4、在11张卡片上分别写上Probability 这11个字母，从中任意连取7张，其排列结果恰好是ability 的概率为5、从5双不同的鞋子中任取4只，这4只鞋子中至少有2只配成双的概率为6、设10把钥匙中有3把能打开某把锁，今从中任取2把钥匙，则能打开此锁的概率为7、把6本中文书和4本英文书任意地放成一排，则4本英文书放在一起的概率为 .8、袋中有10球，7个白球，3个红球，10个人依次从袋中取一球，取后不放回，问第3个人取得红球的概率是_____________.9、10把钥匙中有3把能打开门，今任取2把，能将门打开的概率P(A)=。
10、袋中有10球，7个白球，3个红球，10个人依次从袋中取一球，取后不放回，问第3个人取得红球的概率是_____________11、 把6本中文书和4本英文书任意地放成一排，则4本英文书放在一起的概率为 .17、设A ，B 是两事件而且P （A ）=0.6， P （B ）= 0.7,则P(AB)的最小值是___________.26、 设A ，B 为随机事件，P(A)=0.5，P(B)=0.6，P(B|A ）=0.8，则P (A B )=⋃______. 31、设P(A)=0.4,P(A ∪B)=0.7,那么若A 与B 互不相容，则P （B ）=__________22、设P(A)=0.4,P(A ∪B)=0.7,那么若A 与B 相互独立，则P （B ）=___________3、设随机变量X 服从泊松分布，E(X)=2，则P(X ≥1)=9、设随机变量X 在区间[1，5]上服从均匀分布，51<<<b a .则X a P <{<=}b .4、设随机变量X 、Y 相互独立，X~N (1，1) ，Y~N (-1，4 )，则随机变量函数Z=X -Y~6、对于随机变量X ，仅知其数学期望为3，标准差为0.2，则由切比雪夫不等式知}2|3{|<-X P .7、设随机变量X 服从二项分布),(p n B ，6.3)(,6)(==X D X E . 则=n .14、设随机变量X 、Y 相互独立，且X ～N(－1,4),Y ～N(1,1),则随机变量Z=X －Y 的均值E(Z)= ,方差D(Z)= 。
概率论与数理统计第4章功课题解
第四章作业题解4.1 甲、乙两台机床生产同一种零件, 在一天内生产的次品数分别记为 X 和 Y . 已知,X Y 的概率分布如下表所示:如果两台机床的产量相同, 问哪台机床生产的零件的质量较好？解： 11.032.023.014.00)(=⨯+⨯+⨯+⨯=X E9.0032.025.013.00)(=⨯+⨯+⨯+⨯=Y E因为 )()(Y E X E >，即乙机床的平均次品数比甲机床少，所以乙机床生产的零件质量较好。
4.2 袋中有 5 个球, 编号为1,2,3,4,5, 现从中任意抽取3 个球, 用X 表示取出的3 个球中的 最大编号，求E (X ).解：X 的可能取值为3,4,5.因为1.01011)3(35====C X P ；3.0103)4(3523====C C X P ；6.0106)5(3524====C C X P所以 5.46.053.041.03)(=⨯+⨯+⨯=X E4.3 设随机变量X 的概率分布1{}(0,1,2,),(1)kk a P X k k a +===+其中0a >是个常数，求()E X解: 112111()(1)(1)(1)k k k k k k a aa E X kk a a a -∞∞+-====+++∑∑，下面求幂级数11k k kx ∞-=∑的和函数，易知幂级数的收敛半径为1=R ，于是有12111()(),1,1(1)k k k k x kxx x x x ∞∞-==''===<--∑∑根据已知条件，0a >，因此011aa<<+，所以有 221()(1)(1)1a E X a a a a==+-+.4.4 某人每次射击命中目标的概率为p , 现连续向目标射击, 直到第一次命中目标为止, 求射击次数的期望.解：因为X 的可能取值为1,2,……。
依题意，知X 的分布律为1(),1,1,2,k P X k q p q p k -===-=所以)1()()()(1111'-='='==∑∑∑∞=∞=∞=-qq p q p q p p kqX E k k k kk k p p p q p11)1(122=⋅=-=4.5 在射击比赛中, 每人射击4 次, 每次一发子弹. 规定4弹全未中得0分, 只中1弹得15分, 中2弹得30 分, 中3弹得55分, 中4弹得100分. 某人每次射击的命中率为0.6, 此人期 望能得到多少分？解：设4次射击中命中目标的子弹数为X ，得分为Y ，则X ~B (4,0.6)因为 0256.04.06.0)0(44=⨯==C X P1536.04.06.0)1(3114=⨯==C X P 3456.04.06.0)2(2224=⨯==C X P 3456.04.06.0)3(1334=⨯==C X P 1296.04.06.0)4(0444=⨯==C X P所以Y 的分布律为故期望得分为1296.01003456.0553456.0301536.0150256.00)(⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=Y E= 44.644.6 设随机变量 X 的概率分布为132{(1)}(1,2,,),3kk kk P X k +=-==说明X 的期望不存在。
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第4章习题答案 三、解答题 1. 设随机变量X的分布律为 X – 2 0 2 pi 0.4 0.3 0.3
求)(XE，)(2XE，)53(XE．
解：E (X ) = 1iixp= 24.0+03.0+23.0= -0.2
E (X 2 ) = 12iipx= 44.0+ 03.0+ 43.0= 2.8 E (3 X +5) =3 E (X ) +5 =32.0+5 = 4.4 2. 同时掷八颗骰子，求八颗骰子所掷出的点数和的数学期望． 解：记掷1颗骰子所掷出的点数为Xi，则Xi 的分布律为
6,,2,1,6/1}{iiXP 记掷8颗骰子所掷出的点数为X ，同时掷8颗骰子，相当于作了8次独立重复的试验， E (Xi ) =1/6×(1+2+3+4+5+6)=21/6 E (X ) =8×21/3=28
3. 某图书馆的读者借阅甲种图书的概率为p1，借阅乙种图书的概率为p2，设每人借阅甲乙图书的行为相互独立，读者之间的行为也是相互独立的． (1) 某天恰有n个读者，求借阅甲种图书的人数的数学期望． (2) 某天恰有n个读者，求甲乙两种图书至少借阅一种的人数的数学期望． 解：(1) 设借阅甲种图书的人数为X ，则X~B(n, p1),所以E (X )= n p1 (2) 设甲乙两种图书至少借阅一种的人数为Y , 则Y ~B(n, p), 记A ={借甲种图书}， B ={借乙种图书}，则p =｛A ∪ B｝= p1+ p2 - p1 p2
所以E (Y )= n (p1+ p2 - p1 p2 )
4. 将n个考生的的录取通知书分别装入n个信封，在每个信封上任意写上一个考生的姓名、地址发出，用X表示n个考生中收到自己通知书的人数，求E(X)． 解：依题意，X~B(n，1/n)，所以E (X ) =1.
5. 设)(~PX，且}6{}5{XPXP，求E(X)．
解：由题意知X～P（），则X的分布律P kX=ekk!，k = 1,2,... 又P5X=P6X, 所以 ee!6!565 解得 6，所以E(X) = 6. 6. 设随机变量X的分布律为,,4,3,2,1,6}{22kkkXP问X的数学期望是否存在？ 解：因为级数11212112211)1(6)6)1(()6)1((kkkkkkkkkk， 而
11kk发散，所以X的数学期望不存在.
7. 某城市一天的用电量X（十万度计）是一个随机变量，其概率密度为
.0,0,91)(3/其它xxexfx
求一天的平均耗电量． 解：E(X) =03/203/9191)(dxexdxxexdxxfxxx=6. 8. 设某种家电的寿命X（以年计）是一个随机变量，其分布函数为
.0,5,251)(2其它x
xxF
求这种家电的平均寿命E(X)． 解：由题意知，随机变量X的概率密度为)()(xFxf
当x>5时，)(xf 3350252xx，当x5时，)(xf0. E(X) =10|5050)(5-53xdxxxdxxxf 所以这种家电的平均寿命E(X)=10年. 9. 在制作某种食品时，面粉所占的比例X的概率密度为
.0,10,)1(42)(5其它xxx
xf
求X的数学期望E(X)． 解：E(X) =dxxxdxxxf-1052)1(42)(=1/4 10. 设随机变量X的概率密度如下，求E(X)．
.010,)1(2301)1(23)(22其它，，，，xxxxxf
解：0)1(1023)1(0123)()(22dxxxdxxxdxxxfXE. x
y1xy
11. 设),4(~pBX，求数学期望)2(sinXE． 解：X的分布律为knkknppCkXP)1(}{， k = 0，1，2，3，4， X取值为0，1，2，3，4时，2sinX相应的取值为0，1，0，-1，0，所以 )21)(1(4)1(1)1(1)2(sin13343114pppppCppCXE
12. 设风速V在(0，a)上服从均匀分布，飞机机翼受到的正压力W是V的函数：2kVW，（k > 0，常数），求W的数学期望．
解：V的分布律为其它 ,00 ,1)(avavf，所以
aavakdvakvdxvfkvWE03022|)31(1)()(231ka 13. 设随机变量(X, Y )的分布律为 Y X 0 1 2
0 3/28 9/28 3/28 1 3/14 3/14 0 2 1/28 0 0 求E(X)，E(Y )，E(X – Y )． 解：E(X)=0×(3/28+9/28+3/28）+1×(3/14+3/14+0)+ 2×(1/28+0+0)= 7/14=1/2 E(Y)=0×（3/28+3/14+1/28）+1×(9/28+3/14+0)+ 2×(3/28+0+0)=21/28=3/4 E(X-Y) = E(X)- E(Y)=1/2-3/4= -1/4.
14. 设随机变量(X，Y)具有概率密度其它,01,10,10,24),(yxyxxyyxf，求E(X)，E(Y)，E(XY) 解：E(X)= 101022424xDydydxxxydxdyx
dxxx1022)1(2124dxxxx10432)2412(52)5
1264(10543xxx .152)34524638()1(31242424)(5/22424)(106543101010322210102xxxxdxxxdydxyxxydxdyxyXYExdxdyyxydxdyyYEDxD
y
15. 某工厂完成某批产品生产的天数X是一个随机变量，具有分布律 X 10 11 12 13 14
pi 0.2 0.3 0.3 0.1 0.1
所得利润（以元计）为)12(1000XY,求E(Y)，D(Y)． 解： E(Y) = E［1000(12-X)］ =1000×[(12-10)×0.2+(12-11)]×0.3+(12-12)×0.3+(12-13)×0.1+(12-14)×0.1] = 400 E(Y2) = E［10002(12-X)2］ =10002[(12-10)2×0.2+（12-11）2×0.3+（12-12）2×0.3+（12-13）2×0.1 +（12-14）2×0.1]=1.6×106 D(Y)=E(Y2)-［E(Y)］2=1.6×106- 4002=1.44×106
16. 设随机变量X服从几何分布 ，其分布律为,,2,1,)1(}{1kppkXPk 其中0 < p < 1是常数，求E(X)，D(X)． 解：令q=1- p ,则
111111)()}{()(kkkkkkkdqdq
pqkppqkkXPkXE
pqdqdpqdqdpkk/1)11(0 1111112122])1([)()}{()(kkkkkkkqkqkkppqkkXPkXE
pqkkpqkk/1)1(12pqdqdpqpqdqdpqkkkk/1)(/1012222
ppqpqpqpqdqdpq/1/2/1)1(2/1)11(2322 D(X) = E(X2)- E(X) =2q/p2+1/p-1/p2 = (1-p)/p2 17. 设随机变量X的概率密度为其它,01||,11)(2xxxf，试求E(X)，D(X)．
解：E(X)= 011)(112dxxxdxxfx D(X)= E(X2)= 2/2/2]2/,2/[11222cossinsin11)(dttttxdxxxdxxfxt 2122cos122/0dtt 18. 设随机变量(X，Y)具有D(X) = 9，D(Y) = 4，6/1XY，求)(YXD，)43(YXD． 解：因为)()(),(YDXDYXCovXY，所以
)()(),(YDXDYXCovXY=-1/6×3×2=-1,
11249),(2)()()(YXCovYDXDYXD 51)1(6369)3,(2)(9)()43(YXCovYDXDYXD 19. 在题13中求Cov(X，Y)，XY． 解：E(X) =1/2, E(Y) =3/4, E(XY)=0×(3/28+9/28+3/28+3/14+1/28）+1×3/14+2×0+4×0=3/14, E(X2)= 02×（3/28+9/28+3/28）+12×(3/14+3/14+0)+ 22×(1/28+0+0)=4/7, E(Y2)= 02×（3/28+3/14+1/28）+12×(9/28+3/14+0)+ 22×(3/28+0+0)=27/28, D(X)= E(X2) -［E(X)］2 = 4/7-(1/2)2= 9/28, D(Y)= E(Y2)- ［E(Y)］2=27/28-(3/4)2= 45/112, Cov(X，Y)= E(XY)- E(X) E(Y) =3/14- (1/2) ×(3/4)= -9/56,
XY = Cov(X，Y) /()(XD)(YD)=-9/56 (28/9112/45)= -5/5
20. 在题14中求Cov(X，Y)，XY，D(X + Y)． 解：52)()(YEXE,,)(152XYE752)()()(),(YEXEXYEYXCov
)(5124)(2101032YEdydxyxXEx
)(25125451)()()(22YDXEXEXD
752),(2)()()(32)()(),(YXCovYDXDYXD
YDXDYXCovXY
21. 设二维随机变量(X, Y )的概率密度为
.0,1,1),(22其它yxyxf
试验证X和Y是不相关的，但X和Y不是相互独立的． 解：0/12/)(112111122dxxxdydxxXExx