概率论 第六章条件数学期望和特征函数

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概率论特征函数

概率论特征函数

概率论特征函数
概率论中的特征函数是一个非常重要的概念,它可以通过数学函数的形式描述随机变量的特征。

特征函数的定义如下:对于任意一个随机变量X,它的特征函数φ(t)定义为:
φ(t) = E(e^(i*t*X))
其中,i是虚数单位,E表示数学期望。

特征函数的主要作用是描述一个随机变量的矩,特别是它的所有阶矩。

通过特征函数,我们可以轻松地求出一个随机变量的均值、方差、偏度和峰度等统计量。

特征函数还可以用于分析随机变量之间的独立性和相关性等问题,因此在概率论和统计学中得到了广泛的应用。

需要注意的是,特征函数是一个复数函数,通常用实部和虚部分别表示它的实部函数和虚部函数。

特征函数有许多重要的性质,例如它是连续的、有界的和解析的等等。

同时,特征函数还有许多重要的应用,例如它可以用于求解随机过程中的协方差函数和自相关函数等问题。

总之,特征函数在概率论和统计学中扮演着非常重要的角色,它是研究随机变量特征的有力工具。

概率论_特征函数

概率论_特征函数
itx

f ( t ) e dF ( x ) e itx dF ( x ) f ( t ).
- itx


9
【系1】 (唯一性定理) 两分布函数恒等的充要条 件是它们各自的特征函数恒等。
即:分布函数由其特征函数唯一确定
23
三、性质与定理的应用 例1 若X~B(n1 , p)、Y~B( n2 , p),且X与Y相互独立
性质3:设Y aX b, 这里a, b为常数,则fY (t ) ei bt f X (at ).
29
f ( t ) E (e ) e f ( x )dx
itX itx

这就是密度函数f(x)的傅里叶变换
5
常见分布的特征函数
【单点分布】
f ( t ) pk e
k 1

itxk
e
ita
【二项分布】
f (t ) C p q
k 0 k n k
n
nk
e
itk
C ( p e ) q
k 0 k n it k
n
n k
( pe q)
it
n
【泊松分布】
it k ( e ) itk eit (eit 1) f (t ) e e e e e k! k 0 k ! k 0
6
k
【均匀分布】X~U [a, b]
【注1】 e
itx
cos tx i sin tx (欧拉公式)

3
【注2】 f (t ) cos txdF ( x ) i sin txdF ( x )
【注3】
特征函数的计算中用到复变函数,为此注意:

1-4特征函数和母函数

1-4特征函数和母函数
gY ( t ) = ∏ g X k ( t )
k =1 n
n
k =1
Ex.7 随机变量Y~B(n, p),写出其特征函数 写出其特征函数. 随机变量 ~ 写出其特征函数 二项分布随机变量Y可表示为 解 二项分布随机变量 可表示为Y = ∑ X k ,且 且 Xk~B(1, p),k=1,2,…,n, 相互独立,故Y 的特征 相互独立, , 函数为 n
g(t1 , t2 ) = E[e
i ( t1 X + t 2Y )
]= ∫

∞ ∞


ei (t1 x+t2 y )dF( x, y)
连续型 离散型
g(t1 , t 2 ) = ∫

∞ ∞


e i (t1 x + t2 y ) f ( x, y)dxdy
i ( t1 X r + t 2YsS )
特征函数、 §1.4 特征函数、母函数
一、特征函数的定义及例子 是实随机变量, 定义 设X,Y是实随机变量,复随机变量 是实随机变量 Z=X+i Y, , 的数学期望定义为 E ( Z ) = E ( X ) + i E (Y ), i = 1 特别 X是实随 是实随 itX Ee = E (costX ) + i E (sintX ) 机变量
g ( t ) = ∫ e itx f ( x )dx;

+∞
g ( t ) = ∑ e itxk pk .
k
Ex.1 单点分布 P{X = c} = 1,
g( t ) = E (e itc ) = e itc , t ∈ R.
Ex.2 两点分布
g( t ) = e (1 p) + e

特征函数的概念及意义

特征函数的概念及意义

特征函数的概念及意义目录:一.特征函数的定义。

二.常用分布的特征函数。

三.特征函数的应用。

四.绪论。

一.特征函数的定义设X 是一个随机变量,称 ()()itXe t E =ϕ, +∞<<∞-t ,为X 的特征函数.因为=1Xit e ,所以()itX e E 总是存在的,即任一随机变量的特征函数总是存在的.当离散随机变量X 的分布列为() ,3,2,1,P p k ===k x X k ,则X 的特征函数为()∑+∞==1k k itx p e t k ϕ, +∞<<∞-t .当连续随机变量X 的密度函数为()x p ,则X 的特征函数为 ()()⎰+∞∞-=dx x p e t k itx ϕ, +∞<<∞-t .与随机变量的数学期望,方差及各阶矩阵一样,特征函数只依赖于随机变量的分布,分布相同则特征函数也相同,所以我们也常称为某分布的特征函数.二.常用分布的特征函数1、单点分布:().1P ==a X 其特征函数为 ().e t it a =ϕ2、10-分布:()(),10x p 1p x X P x1x =-==-,,其特征函数为()q pe t it +=ϕ,其中p 1q -=.3、泊松分布()λP :()λλ-==e k k X P k!,k=0,1, ,其特征函数为()()∑+∞=---===0k 1e e kiktitit e e e e k et λλλλλϕ!. 4、均匀分布()b a U ,:因为密度函数为()⎪⎩⎪⎨⎧<<-=.;,0,1其他b x a a b x p所以特征函数为()()⎰--=-=b aiatibt itx a b it e e dx a b e x ϕ. 5、标准正态分布()1,0N :因为密度函数为()2221x e x p -=π, +∞<<∞-x .所以特征函数为()()⎰⎰∞+∞-∞+∞-----∞==dxit x t x itx e edx e x 2222222121πϕ=⎰-∞+-∞----=ititt t t edz ee22222221π.其中⎰-∞+-∞--=ititx dz eπ222 .三.特征函数的应用1、在求数字特征上的应用求()2N σμ,分布的数学期望和方差. 由于()2N σμ,的分布的特征函数为()2t i 22et σμϕ=,于是由()k k k i 0ξϕE =得,()μϕξi 0i ′==E , ()22″220i σμϕξ--==E , 由此即得()222D σξξξμξ=E -E ==E ,.我们可以看出用特征函数求正态分布的数学期望和方差, 要比从定义计算方便的多.2、 在求独立随机变量和的分布上的应用利用归纳法, 不难把性质4推广到n 个独立随机变量的场合,而n21,ξξξ ,,是n 个相互独立的随机变量, 相应的特征函数为()()()∑==n 1i i n 21t t t ξξϕϕϕ,则,,, 的特征函数为()()∏==n1i i t t ϕϕ.设()n ,,21j j ,=ξ是n 个相互独立的,且服从正态分布()2N j j a σ,的正态随机变量.试求∑==n1j j ξξ的分布.由于j ξ的分布为()2N j j a σ,,故相应的特征为()222tia j j je t σϕ=.由特征函数的性质()()ξϕϕ可知∏==nj j t t 1的特征函数为()()21212221112t t a i n j nj tia j nj j nj j j jeet t ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==∑∑=====∏∏σσϕϕ.而这正是⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∑∑==n j j n j j a N 121,σ的特征函数.由分布函数与特征函数的一一对应关系即知ξ服从⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∑∑==n j j n j j a N 121,σ. 3、 在证明二项分布收敛于正态分布上的应用在n 重贝努力实验中,事件A 每次出现的概率为p(0<p<1),n μ为n 次试验中事件A 出现的次数,则dt e x npq np P xt nn ⎰∞-∞→=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛<-2221lim πμ.要证明上述结论只需证明下面的结论,因为它是下面的结论一个特例. 若 ,,21ξξ是一列独立同分布的随机变量,且(),,2,1,0,22 =>==E k D a k k σσξξ则有dt e x nna P xt n k k n ⎰∑∞-=∞→=⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛<-21221lim πσξ.证明 设a k -ξ的特征函数为(),t ϕ则∑∑==-=-nk k nk kn anna11σξσξ的特征函数为nn t ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛σϕ又因为()(),,02σξξ=-=-E a D a k k 所以()()20,00σϕϕ-=''=' 于是特征函数()t ϕ有展开式()()()()()()222222112000t t t t t t οσοϕϕϕϕ+-=+''+'+=.从而对任意的t 有,∞→→⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-n e n t nt n t tn,2122222οσϕ. 而22t e-是()1,0N 分布的特征函数,由连续定理可知dt e x n na P xt n k k n ⎰∑∞-=∞→=⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛<-21221lim πσξ.成立,证毕.我们知道在n 2221P lim μπμ中dt e x npq np xt n n ⎰∞-∞→=⎪⎪⎭⎫⎝⎛<-是服从二项分布.()n k q p C k p kn k k n n ≤≤==-0,μ.的随机变量,dt e x xt ⎰∞-∞→=⎪⎭⎫⎝⎛<-2221P lim πλλξλλ为“泊松分布收敛于正态分布” , 我们把上面的结论常常称为“ 二项分布收敛于正态分布”.4、在求某些积分上的应用我们知道⎰+∞-022dx e x x k 可以用递推法,现在我们用特征函数来解决随机变量ξ服从⎪⎭⎫ ⎝⎛21,0N ,其密度函数为:()21x e x p -=π,其特征函数为:()∑⎰∞+=-∞+∞--⎪⎭⎫ ⎝⎛-==⋅⋅=0241!41122i tit x itx i tedx e e t πϕξ, 故 ()()()() +++⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+!131241!!241212k t k k k t k kkξϕ ,所以 ()()()!!1221!!24102-⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=k k k kkk ξϕ,由特征函数的性质 ()()()kk kk k i 2!!120222-=-=E ξϕξ,又 ⎰+∞-=E 0222dx e x x k kξ,故()⎰∞+∞-+--=122!!122k x k k dx e x .即 ()⎰∞++--=0122!!122k x k k dx e x四.结论从上面的内容可以看出:特征函数并不是一个抽象概念,在概率论与数理统计的许多问题中,无论是证明还是应用,通过构造特征函数,比如在求分布的数学期望和方差;在求独立随机变量和的分布上的应用,利用独立随机变量和的特征函数为特征函数的积性质推广,往往能使问题得到简化;在证明二项分布收敛于正态分布上的应用,可以从特例到一般问题,从而使问题迎刃而解;在求某些积分上的时候,可以通过构造特征函数使问题简单.。

何书元概率引论答案

何书元概率引论答案

何书元概率引论答案何书元概率引论答案【篇一:课程名称:概率论计划学时45】=txt>上课时间:周二3-4节;周四(单周) 1-2节地点:文史201 任课教师:任艳霞(教授)办公室:理科1号楼1381email:基本目的:1、对随机现象有充分的感性认识和比较准确的理解。

2、联系实际问题,初步掌握处理不确定性事件的理论和方法。

教材: 何书元,《概率论》, 北京大学出版社2006年参考书1、汪仁官,《概率论引论》,北京大学出版社19942、李贤平,《概率论基础》(第二版),高等教育出版社,19973、钱敏平、叶俊,《随机数学》,高等教育出版社,20044、sheldon ross, a first course in probability (7thedition)教学安排:第一章古典概型与概率空间(10学时)1) 随机事件及古典概型(1.1-1.2节)(2学时)2) 几何概型、概率空间与概率的性质(1.3-1.5节)(2学时)3) 条件概率和乘法公式(1.6节)(2学时)4) 独立性、全概率公式、bayes公式(1.7-1.8节)(3学时)5) 概率模型举例与概率空间续(1.8-1.9节)(1学时)第二章随机变量与概率分布(9学时)1) 一维随机变量定义、离散型随机变量(2.1-2.2节)(2学时)2) 连续型随机变量(2..3节)(2学时)3) 概率分布函数(2.4节)(2学时)4) 随机变量函数的分布(2.5节)(2学时)5) p分位点(2.5节)(1学时)第三章随机向量及其分布(8学时)1) 随机向量及其分布、离散型随机向量及其分布(3.1-3.2节)(2学时)2) 连续型随机向量及其联合密度(3.3节)(2学时)3) 随机向量函数的分布(3.4、3.6节)(2学时)4) 条件分布和条件密度(3.5节)(2学时)第四章数学期望与方差(8学时)1) 数学期望(4.1-4..2节) (3学时)2) 方差(4.3节)(1学时)3) 协方差与相关系数(4.4节)(2学时)4)条件数学期望(2学时)第五章概率极限理论(10学时)1) 概率母函数与特征函数(5.1-5.2节)(2学时)2) 多元正态分布(5.3节)(2学时)3) 大数律(5.4节) (2学时)4)中心极限定理(5.5节)(2学时)5)随机变量收敛性介绍(2学时)【篇二:2011f_master】目)招生简章北京大学数学科学学院金融数学系成立于1997年,目前已形成从本科到硕士和博士的应用数学专业金融数学与精算学方向的较为系统和有品质的培养体系。

概率论中的条件期望计算公式

概率论中的条件期望计算公式

概率论中的条件期望计算公式概率论是数学中的重要分支,研究随机事件和概率规律的数学理论。

条件期望是概率论中的一个重要概念,用于描述在给定条件下的期望值。

本文将介绍条件期望的计算公式及其应用。

一、条件期望的定义及性质条件期望是在给定条件下的期望值,记作E(X|Y),其中X和Y为随机变量。

条件期望于普通期望相似,区别在于条件期望要求在给定条件下对随机变量进行求平均。

条件期望的计算公式如下:E(X|Y) = ∑[x P(X=x|Y)] (离散变量)E(X|Y) = ∫[x f(x|Y) dx] (连续变量)其中,P(X=x|Y)表示在给定随机变量Y的条件下,随机变量X取值为x的概率;f(x|Y)表示随机变量X在给定Y的条件下的概率密度函数。

条件期望的性质:1. 条件期望是随机变量Y的函数,它是Y的函数的期望;2. 如果X和Y相互独立,则条件期望等于普通期望,即E(X|Y) =E(X);3. 若Z=g(X,Y),则E(Z|Y) = E(g(X,Y)|Y)。

二、条件期望的计算举例为了帮助读者更好地理解条件期望的计算公式及应用,以下将通过两个具体的案例来说明。

案例一:假设有一批产品,其质量可以用随机变量X表示,X的取值范围为[1, 10],代表产品的质量评分。

同时,还有一个随机变量Y表示产品的价格,Y的取值范围为[100, 1000]。

现在要求在给定产品价格的条件下,计算产品质量的条件期望。

解决方法如下:根据条件期望的计算公式,我们需要计算P(X=x|Y)。

假设随机变量Y的取值为y,则产品质量为x的条件概率为P(X=x|Y=y)。

如果我们已知产品价格与质量的关系,可以通过分析或者实验得到条件概率的分布。

然后,根据条件概率计算条件期望即可。

案例二:现假设随机变量X和Y相互独立,且它们都服从正态分布。

我们要计算X与Y的乘积Z的条件期望E(Z|Y)。

解决方法如下:根据条件期望的性质,当X和Y相互独立时,条件期望等于普通期望,即E(Z|Y) = E(Z)。

第六章条件概率与条件期望

第六章条件概率与条件期望

第六章 条件概率与条件期望6.1 定义和性质设为概率空间,),,(P F ΩF ∈B 且,记0)(>B P ())()()(B P AB P B A P A P B ==),P ,,则易证明为概率空间。

考虑F ∈∀A ),,(B P F Ω,(F Ω上的随机变量ξ在此概率空间上的积分,若存在则称它为∫ΩξB dP ξ在给定事件B 之下的条件期望,记为(B E ξ),即()B ∫Ω=B dP ξE ξ。

命题1:若ξE 存在,则(B E ξ)存在且()∫=BdP B P B E ξξ)(1。

由此可见,ξ在给定事件B 之下的条件期望的意义是ξ在B 上的“平均值”。

此外给定事件在给定事件A B 的条件概率)B ()(I E B A P A =0)(>n B P 可看成条件期望的特殊情形。

设{}为的一个分割且,令F ⊂n B Ω)2,1,L =(=n n B σA ,则。

若F A ⊂ξE 存在,()∑为nE B n I n B ξ),A (Ω上的可测函数,称其为给定σ-代数A 之下关于P 的条件期望,记作()A ξE ,即()()∑=E ξA nB n I ξn B E 。

命题2:A ∈B ∀且,0)(>B P ()()∫=BdP E B P B E A ξξ)(1。

证明:A ∈B ∀,{L ,2,1⊂}∃K 使得∑∈=K i i B B ,()()()()∑∫∫∑∑∫∑∫∈∈=====K i BB Ki i i nn n BnB nBdPdP B P B E B B P B E dP IB E dP E inξξξξξξ)()(I A由此可见,若称满足下式的(),A Ω上的可测函数()A ξE 为ξ在给定σ-代数A 的条件期望:()∫∫=BBdP dP E ξξA ,A ∈∀B则由于不定积分,∫=BdP B v ξ)(A ∈∀B 为),(A Ω上的符号测度且v ,由Radon-Nikodym 定理存在唯一的(P <<P s a ..),A Ω上的可测函数满足上式,即()dPdvE =A ξ(Ω,故由命题2,两者定义一样。

概率论中的条件概率公式详解贝叶斯定理条件期望等

概率论中的条件概率公式详解贝叶斯定理条件期望等

概率论中的条件概率公式详解贝叶斯定理条件期望等概率论是数学中的一门重要学科,研究的是随机事件的概率性质以及它们之间的关系。

条件概率公式、贝叶斯定理和条件期望是概率论中的重要概念和定理,它们在解决实际问题中具有广泛应用。

本文将对这些概念进行详细解释和讨论。

一、条件概率公式条件概率是指在已知某一事件发生的条件下,其他事件发生的概率。

设A和B是两个事件,且P(B)≠0,那么在事件B已经发生的条件下,事件A发生的概率记作P(A|B),读作“A在B发生的条件下发生”。

条件概率公式的形式为:P(A|B) = P(AB) / P(B)其中,P(AB)表示事件A和B同时发生的概率,又称为A与B的交集的概率。

通过这个公式,我们可以根据已知的条件概率来计算其他事件的概率。

二、贝叶斯定理贝叶斯定理是概率论中的核心定理之一,它描述了在已知某一事件发生的条件下,其他事件发生的概率如何更新。

设A和B是两个事件,且P(A)≠0,P(B)≠0,那么贝叶斯定理的表达式为:P(B|A) = P(A|B) * P(B) / P(A)其中,P(B|A)表示在事件A已经发生的条件下,事件B发生的概率。

贝叶斯定理的主要应用在于通过已知的先验概率和条件概率来计算后验概率。

它在统计学、生物信息学、机器学习等领域有着广泛的应用。

三、条件期望条件期望是在已知某一事件发生的条件下,随机变量的期望值。

设X和Y是两个随机变量,且P(Y=y)≠0,那么在事件Y=y已经发生的条件下,随机变量X的条件期望记作E(X|Y=y)。

条件期望的计算公式为:E(X|Y=y) = Σx(x * P(X=x|Y=y))其中,Σ表示对所有可能的取值进行求和。

通过条件期望,我们可以得到在给定条件下随机变量的平均值,从而更好地理解和分析随机事件的分布特性。

综上所述,条件概率公式、贝叶斯定理和条件期望是概率论中的重要概念和定理。

它们可以帮助我们计算和预测事件的概率,以及根据已知条件更新概率。

《概率论与数理统计课件》 特征函数

《概率论与数理统计课件》 特征函数
n n it k 1
k
it n

20
k 1
例 如果我们已知 X ~ N 0, 1 的特征函数是 t e 令Y ~ N
t2 2

,
2 ,则 Y X ,因此,
Y t X t e X t
it
eit X t eit e
所以其特征函数
x0 , x0
x ixt ixt x x t e f x dx e e dx e costxdx i e sin txdx 0 0 0
t it 2 2 i 2 2 1 . t t
e ihx 1 e
i hx 2 hx i i hx hx hx 2 2 e e 2 sin 2 2 2 ha 2 .
24
所以,对于所有的 t ,
,有
t h t
x a
e
ihx
2 2
dx
e
it
i t
2t 2
2
1 2
it
it

dz e
i t
2t 2
2

在计算积分
it
e

z2 2
dz 中,我们用到了复变函数中的围道积分.
12
二.特征函数的性质
13
性质 1 证明:
t 0 1 .
我们只就 X 是连续型随机变量的情形予以证明. X 是 设 连续型随机变量,其密度函数为 f x .
t


e ixt f x dx

数学期望的计算方法及其应用

数学期望的计算方法及其应用

数学期望的计算方法及其应用摘要:在概率论中,数学期望是随机变量一个重要的数字特征,它比较集中的反映了随机变量的某个侧面的平均性,而且随机变量的其他数字特征都是由数学期望来定义的,因此对随机变量的数学期望的计算方法的研究与探讨具有很深的实际意义。

本论文着重总结了随机变量的数学期望在离散型随机变量分布与连续型随机变量分布下的一些常用的计算方法,如利用数学期望的定义和性质,利用不同分布的数学期望公式等等,并通过一些具体的例子说明不停的计算方法在不同情况下的应用,以达到计算最简化的目的。

本文还通过介绍了一些随机变量数学期望的计算技巧,并探讨了各种简化计算随机变量数学期望的方法,利用一些特殊求和与积分公式,利用数学期望定义的不同形式,利用随机变量分布的对称性、重期望公式以及特征函数等,并通过例题使我们更加了解和掌握这些计算技巧,已达到学习该内容的目的。

关键词:离散型随机变量 连续型随机变量 数学期望 计算方法 ABSTRACT :第一节 离散型随机变量数学期望的计算方法及应用1.1 利用数学期望的定义,即定义法[1]则随机变量X的数学期望E(X)=)(1ini ix p x ∑=学期望不存在[]2例1 某推销人与工厂约定,永川把一箱货物按期无损地运到目的地可得佣金10元,若不按期则扣2元,若货物有损则扣5元,若既不按期又有损坏则扣16元。

推销人按他的经验认为,一箱货物按期无损的的运到目的地有60﹪把握,不按期到达占20﹪,货物有损占10﹪,不按期又有损的占10﹪。

试问推销人在用船运送货物时,每箱期望得到多少?按数学期望定义,该推销人每箱期望可得=)(X E 10×0.6+8×0.2+5×0.1-6×0.1=7.5元1.2 公式法对于实际问题中的随机变量,假如我能够判定它服从某重点性分布特征(如二项分布,泊松分布,超几何分布等),则我们就可以直接利用典型分布的数学期望公式来求此随机变量的期望。

条件分布与条件数学期望

条件分布与条件数学期望

(X,Y )为一般二维随机向量
重要结论
如果 X,Y 相互独立,则 F Y | X ( y | x )= F Y ( y )。
证明
如果 X,Y 相互独立,则 F (x, y )= FX (x) FY ( y ), 进而, F (xε,y)-F (x ,y)
F Y |X(y|x)ε l 0 iF m (xε, )-F (x , ) lim F X(xε)F Y(y)-F X(x)F Y(y) ε 0 F X(xε)F Y( )-F X(x)F Y( )
.
例题 3
一个工人看管分布在一直线上的 n 台同 类型机床,相求工人两次
调整机床之间所走路程的数学期望。
设Y :工人两次调整机床之间所走路程
X :第一次调整的机床号码 Y | X=i (i -1)a … a 0 a … (n- i) a
P 1/n … 1/n 1/n 1/n … 1/n
条件分布函数
lim P{Yy|xXxε} ε 0

计算公式
F X |Y(x|y)ε l 0 iF m F (( x,,y y ε ε) )- -F F ( ( x,,y y ))
F Y |X(y|x . )ε l 0 iF m F ((x x ε ε,, y) )- -F F ( (x x,, y))
( 5 ) 全数学期望公式 E { E ( Y | X ) } = E ( Y )
(X,Y)连续 E (Y|: x) yY f|X(y|x)dy
-
全数学期望公式的证明:假设(X,Y )为二维连续型随机向量,得
E{E(Y|X)} E(Y|x)fX(x)dx {[yY f|X(y|x)d]yfX(x)} dx
若对于固定的 x , f X ( x ) > 0,则

条件概率、条件分布与条件数学期望

条件概率、条件分布与条件数学期望

练习、
设“取出的是黄球”为事件B,“取出的是黑球”为事件C, 1、5个乒乓球,其中3个新的,2个旧的,每次取一个,不 10 10 15 5 放回的取两次,求: 则P(C)= ,( P C)=1- ,( P B)= 25 25 25 25 3/5 (1)第一次取到新球的概率; 5 B C, P (BC)=P(B)= 3/5 (2)第二次取到新球的概率; 25 P(BC) 1 (3)在第一次取到新球的条件下第二次取到新球的概率。 1/2 所求概率( P B|C)= P( C) 3
例1在5道题中有3道理科题和2道文科题,如果不放回
的依次抽取2道题 (1)第一次抽到理科题的概率 (2)第一次与第二次都抽到理科题的概率 (3)第一次抽到理科题的条件下,第二次抽到理科 题的概率.
例1在5道题中有3道理科题和2道文科题,如果不放回
的依次抽取2道题 (1)第一次抽到理科题的概率 (2)第一次与第二次都抽到理科题的概率 (3)第一次抽到理科题的条件下,第二次抽到理科 题的概率.
1 3 1 4
例1、在5道题中有3道理科题和2道文科题,如果不放回 地依次抽取2道题,求: (1)第一次抽取到理科题的概率; (2)第一次和第二次都抽取到理科题的概率;
解:设第1次抽到理科题为事件A,第2次抽到理科题 为事件B,则第1次和第2次都抽到理科题为事件AB.
(2) n( AB) A 6
P ( AB) n( AB) P B A P ( A) n( A)
例题2 在某次外交谈判中,中外双方都为了自身的利益 而互不相让,这时对方有个外交官提议以抛掷一 颗骰子决定,若已知出现点数不超过3的条件下再 出现点数为奇数则按对方的决议处理,否则按中 方的决议处理,假如你在现场,你会如何抉择? 解1:设A={出现的点数不超过3}={1,2,3} B={出现的点数是奇数} ={1,3,5}

特征函数及其应用

特征函数及其应用

特征函数及其应用1 引言在概率论和数理统计中,我们学习了特征函数,发现了它可以更高级、优越、方便的表示出一般的随机变量的统计规律.是研究随机变量的重要工具.本文将向大家详细的阐述特征函数的基本概念,性质以及特征函数的应用和一些相关定理的证明.2 特征函数2.1 特征函数的定义设ξ是定义在样本空间上的随机变量.称ξ的复值函数it eξ=cos ()t ξ+i sin ()t ξ的数学期望E ()it e ξ=E ()()cos t ξ+i E ()()sin t ξ t -∞<<+∞其中,i =ξ的特征函数,记为()t ϕ.特征函数()t ϕ一般为实变量t 的复值函数,它对一切t 有定义.事实上,当ξ是连续型随机变量时,对(),t ∀∈-∞+∞,总有()()1itx e dF x dF x +∞+∞-∞-∞==⎰⎰若ξ为离散型随机变量,则1kitx k kep =∑因此,任一随机变量ξ,必有特征函数存在.2.2 特征函数的性质()1 有界性:()()()01,,t t ϕϕ≤=∀∈-∞+∞ ()2 一致连续性:()t ϕ在(),-∞+∞上一致连续 ()3 非负定[]()1181P 性:对1n ∀>个实数1t ,,n t 及复数1z ,,n z ,总有()0s rs r rstt z z ϕ-≥∑∑()4 ()t ϕ-=()t ϕ,这里()t ϕ表示()t ϕ的共轭()5 若a b ηξ=+,a ,b ,为常数,则()t ηϕ=ibt e ()at ξϕ⋅()6 设12,ξξ的特征函数分别为()1t ϕ,()2t ϕ,又1ξ与2ξ相互独立,则12ξξξ=+的特征函数为()()()12t t t ϕϕϕ=⋅2.3 特征函数与矩的关系在以前的学习中,我们发现求随机变量的各阶矩往往需要作繁难的求无穷级数和或无穷积分的计算,有时应用一定的技巧方可计算出结果.现在我们有了特征函数这一优越的工具后,可以通过对特征函数()t ϕ求导的方法来计算随机变量的矩.设随机变量ξ有l 阶矩存在,则ξ的特征函数()t ϕ可微分l 次,且对k l ≤,有()()0k k k i E ϕξ=设ξ有密度函数()p x ,则()t ϕ=()itx e p x dx +∞-∞⎰由于ξ的l 阶矩存在,即有()lx p x dx +∞-∞<∞⎰从而()itx e p x dx +∞-∞⎰可以在积分号下对t 求导l 次,于是对0k l ≤≤,有()()k t ϕ=()()k k itx k k it i x e p x dx i E e ξξ+∞-∞=⎰令0t =即得()()0k k k i E ϕξ=当ξ是离散型随机变量时,证明也是类似的.由这个性质,在求ξ的各阶矩(如果他们存在的话),只要对ξ的特征函数求导即可.而从定义出发是要计算积分的,大家都知道,求导一般总是要比求积分简单的多,所以可以这样说:特征函数提供了一条求各阶矩的捷径[]()2175176P -.2.4 几种常见分布的特征函数()1 单点分布 设ξ服从单点分布,即()1P c ξ==,则()()()it itc itc t E e e P c e ξϕξ==⋅==()2 两点分布 设()~1,B p ξ,即 ()1P p ξ==,()01P p q ξ==-=,则()01it it it t e q e p q pe ϕ⋅⋅=⋅+⋅=+()3 二项分布 设()k k n k n P k p q C ξ-==,0k n ≤≤,则()t ϕ=0nikt k k n k n k e p q C -=∑()nitpe q=+()4 普哇松分布 设ξ为普哇松分布,即()!kP k e k λλξ-==,0k =,1,2则()t ϕ=0!itkikte k ee e e k λλλλ∞--==⋅∑()5 均匀分布 设ξ在[]0,1上均匀分布,即()011,0,x p x ≤≤⎧=⎨⎩其它则()t ϕ=()1itx itx e p x dx e dx +∞-∞=⎰⎰1it e it-=()6 指数分布 设ξ服从参数为λ的指数分布,即 ()0,0,x x e p x x λλ->⎧=⎨≤⎩故()t ϕ=itx x e e dx λλ∞-⎰由数学分析知道 220sin x ttxe dx t λλ∞-=+⎰22cos x txe dx tλλλ∞-=+⎰由此可得()t ϕ=11it λ-⎛⎫- ⎪⎝⎭()7 正态分布 设ξ服从()2,N μσ分布,把()2,N μσ分布的密度函数代入()t ϕ=()itx e p x dx +∞-∞⎰中,即有()t ϕ=()222x itx edx μσ--+∞-∞⎰222t i t eσμ-=22it zit edz σσ∞---∞-⎰222t i t e σμ-=其中22it zit edz σσ∞---∞-⎰=是利用复变函数中的围道积分求得的.例1 求()2,Nμσ分布的数学期望和方差解 已知()2,Nμσ分布的特征函数为()t ϕ=222t i t eσμ-于是由()()0k k k i E ϕξ= 有()0iE i ξϕμ'==()22220i E ξϕμσ''==--由此即得()222,E D E E ξμξξξσ==-=从这里我们可以看出用特征函数求正态分布的数学期望和方差,要比从定义去证更方便[]()31P .2.5 特征函数与分布函数的关系逆转公[]()2177P 式 设随机变量ξ的分布函数为()F x ,特征函数为()t ϕ,又1x 与2x 为()F x 的任意两个连续点,则有()()()12121lim2itx itx TT T e e F x F x t dt it ϕπ---→∞--=⎰其中,当0t =时,按连续性延拓定义1221itx itx e e x x it---=- 由特征函数的定义可知,随机变量的分布函数唯一的确定了它的特征函数.反过来,由唯一性定理可知特征函数可以唯一地确定它的分布函数.从而由特征函数来确定分布函数的式子也常常称为“逆转公式”.唯一性定[]()2178P 理 随机变量的分布函数由其特征函数唯一确定.3 特征函数的应用3.1 特征函数在求独立随机变量和的分布上的应用设1ξ,2ξ的特征函数分别为()1t ϕ,()2t ϕ,又1ξ与2ξ相互独立,则12ξξξ=+的特征函数为()()()12t t t ϕϕϕ=⋅因为1ξ与2ξ相互独立,由以前的知识我们知道1it e ξ与2it eξ也相互独立,于是由数学期望的性质即得()t ϕ=()12it Ee ξξ+()12it it E e e ξξ=⋅12it it EeEe ξξ=⋅()()12t t ϕϕ=⋅利用归纳法,不难把上述性质推广到n 个独立随机变量的场合,若1ξ,2ξ,n ξ是n 个相互独立的随机变量,相应的特征函数为()1t ϕ,()2t ϕ,…,()n t ϕ 则ξ1ni i ξ==∑的特征函数为()t ϕ=()1ni i t ϕ=∏例2 设jξ(1j =,2,)n 是n 个相互独立的,且服从()2,j j N a σ分布的正态随机变量,试求ξ1nj j ξ==∑的分布.解 已知j ξ的分布为()2,j j N a σ,故相应的特征函数为()222j j t ia t j t eσϕ-=由特征函数的性质()t ϕ=()1nj j t ϕ=∏ 可知ξ的特征函数为()t ϕ=()1n j j t ϕ=∏2222111221nnj j j j j j t i a t t nia t j eeσσ==⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪--⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=∑∑==∏而这是211,n n j j j j N a σ==⎛⎫ ⎪⎝⎭∑∑分布的特征函数,由分布函数与特征函数的一一对应关系即知ξ服从211,n n j j j j N a σ==⎛⎫⎪⎝⎭∑∑分布.这正是我们所熟知的可加性,这里用特征函数作为工具证明了这个可加性.3.2 在普哇松分布收敛于正态分布上的应用连续性定[]()2205P 理 分布函数列(){}n F x 弱收敛于分布函数()F x 的充要条件是相应的特征函数列(){}nx ϕ收敛于()F x 的特征函数()t ϕ.例3 若λξ是服从参数为λ的普哇松分布的随机变量,证明:22lim t xP x e dt λ--∞→∞⎫<=⎪⎭证明 已知λξ的特征函数为()x λϕ()1it e eλ-=,故λη= 的特征函数为()1g t e eλλλϕ⎛⎫⎪ ⎪-⎝⎭==对于任意的t ,有2112!t o λλ⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭,λ→∞于是221122t t eo λλλ⎛⎫⎛⎫--=-+⋅→- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,λ→∞ 从而对任意的点列n λ→∞,有()22lim n n t g t eλλ-→∞=但是22te-是()0,1N分布的特征函数,由连续性定理即知有22limntxP x e dtλξλ--∞→∞⎛⎫-<=⎪⎪⎭成立,因为nλ是可以任意选取的,这就意味着22limtxP x e dtλ--∞→∞⎫<=⎪⎭成立.即“普哇松分布收敛与正态分布”.3.3在证明辛钦大数定律上的应用若1ξ,2ξ…是独立同分布随机变量序列,且(iE a iξ==1,2,)则11npiianξ=−−→∑,n→∞证明因为1ξ,2ξ…有相同的分布,所以也有相同的特征函数,记这个特征函数为()tϕ,又因为iEξ存在,从而特征函数()tϕ有展开式()()0tϕϕ=+ϕ'()()0t o t+()1iat o t=++再由独立性知11niinξ=∑的特征函数为1n nt t tia on n nϕ⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫=++⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎣⎦对任意取定的t,有lim lim1n niatn nt t tia o en n nϕ→∞→∞⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫=++=⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎣⎦已知iate是退化分布的特征函数,相应的分布函数为()1,0,x aF xx a>⎧=⎨≤⎩由连续性定理知11niinξ=∑的分布函数弱收敛于()F x,因a是常数,则有11n pi i a n ξ=−−→∑ 故辛钦大数定律成立.3.4 在证明二项分布收敛于正态分布上的应用在n 重贝努里试验中,事件A 在每次试验中出现的概率为()01P p <<,n μ为n 次试验中事件A 出现的次数,则22lim t xn P x e dt --∞→∞⎛⎫<=⎪⎪⎭要证明这个式子我们只需证明下面的这个式子,因为它是下面的式子的一个特例,证明了下面的式子,也就证明了它.若1ξ,2ξ,…是一列独立同分布的随机变量, 且 k E a ξ=,()220k D ξσσ=>,k =1,2,…则有22lim n t k xn na P x e dt ξ--∞→∞⎛⎫- ⎪⎪<=⎪⎪⎝⎭∑证明 设k a ξ-的特征函数为()t ϕ,则nknk naξ=-=∑的特征函数为nϕ⎡⎤⎢⎥⎣⎦又因为()0k E a ξ-=,()2k D a ξσ-=,所以ϕ'()00=,ϕ''()20σ=-于是特征函数()t ϕ有展开式()()0t ϕϕ=+ϕ'()0t +ϕ''()()2202t o t +()222112t o tσ=-+从而对任意固定的t,有2212nnt ton nϕ⎡⎤⎡⎤⎛⎫=-+⎢⎥⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎣⎦22te-−−→,n→∞而22te-是()0,1N分布的特征函数,由连续性定理知22limntkxnnaP x e dtξ--∞→∞⎛⎫-⎪⎪<=⎪⎪⎝⎭∑成立,证毕.我们知道在22limtxnP x e dt--∞→∞⎛⎫<=⎪⎪⎭中nμ是服从二项分布()k k n kn nP k p qCμ-==,0k n≤≤的随机变量,如上3.2中称22limtxP x e dtλ--∞→∞⎫<=⎪⎭为“普哇松分布收敛与正态分布”,我们把上面证明的式子常常称为“二项分布收敛于正态分布”.[]()2210211P-通过上文的讨论,我们加深了对特征函数的认识,对于特征函数的应用也有了大概的了解,而随着理论和实践的不断发展,对特征函数的研究也将会不断深化.。

数学期望的性质与条件期望

数学期望的性质与条件期望

9
i P
1
2
0.16
9
0 .8
9
3 0.04
E i 0.8 2 0.16 3 0.04 1.24
E E ( i ) E i 9 1.24 11.16
i 1
i 1
例4
某种无线电元件的使用寿命 是一个随机变量,
其概率密度是
e x x 0 ( x) , x0 0 其中 0 ,求这种元件的平均使用寿命. 1 E x 解 x ( x )dx xe dx 0
n
n
i 1
6 若与独立,则 E ( ) E E
证 假设 , 是离散型随机变量, 由于 与 独立
(1) i ( 2) j
所以pij p p , E ( ) xi y j pij xi y j p(i 1) p(j2)
i j i j
E ( b) E ( ) x ( x )dx x ( x b)dx
令 z x b, 有


E ( b) ( z b) ( z )dz z ( z )dz b ( z )dz



E ( k b) E ( k ) b kE b
(2)若 则

k
是连续型随机变量,其概率密度为

( x)
E Ef ( ) f ( x ) ( x )dx

例2

设 , 的分布如下,
求 E ( ), E ( )
0 1 2

0

独立,
1 2

P 1/ 4 1/ 2 1/ 4

概率论 第六章条件数学期望和特征函数

概率论 第六章条件数学期望和特征函数

1 ,y 1− x
∈ (x, 1), x ∈ (0, 1)
2 6.8 解 由定理 2.1 知 X |{Y = 63} ∼ N (µ1 + ρ(σ1 /σ2 )(63 − µ2 ), (1 − ρ2 )σ1 ), Y |{X = 1.7} ∼ 2 2 N (µ2 + ρ(σ2 /σ1 )(1.7 − µ1 ), (1 − ρ )σ2 ) 故 2 (a)EY |{X = 1.7} = µ2 + ρ(σ2 /σ1 )(1.7 − µ1 ), Y |{X = 1.7}的标准差为 (1 − ρ2 )σ2 ,
P (Y =y,N =n) P (N =n)
=
βα 1 Γ(n+α) n!Γ(α) (β +1)n+α
f (y,n)dy
=
(β +1)n+α y n+α−1 exp(−(β +1)y ) dy, Γ(α+1)
(β +1)n+α y n+α−1 exp(−(β +1)y ) . Γ(α+1)
6.16 解 (a) 设 Xi 为第 i 个人的等待时间, 则第一个电话的到达时间为 X(1) = min(X1 , X2 , . . . , Xn ), 最后一个电话的到达时间为 X(n) = max(X1 , X2 , · · · , Xn ), 对 ∀x > 0 有 P (X(1) ≤ x) = = = = = = 1 − P (X(1) > x) 1 − P (X1 > x, X2 > x, · · · , Xn > x) 1 − P (X1 > x)P (X2 > x) · · · P (Xn > x) 1 − P (X1 > x)n 1 − [1 − F (x)]n 1 − exp(−nxβ ),

概率3.5节-条件分布和条件期望.ppt

概率3.5节-条件分布和条件期望.ppt
1 2 1 2 1 e 2
1 ( x 1 )2 ( x 1 )( y 2 ) ( y 2 )2 2 2 2 2 1 2 2 (1 ) 1 2

1 e 2 2
( y 2 )2 2 2 2

2 2 2 fY X ( y x) ~ N 2 ( x 1 ), 2 (1 ) 1
条件数学期望
离散r.v.的条件期望
E ( X | Y y ) xk P( X xk | Y y )
k 1

连续r.v.的条件期望
E ( X | Y y)
为在 X = xi 的条件下, Y 的条件分布列

P( X xi , Y y j ) pij P( X xi Y y j ) 则称 P(Y y j ) p j
p j P(Y y j ) pij 0,
i 1

i 1,2,
为在 Y = yj 的条件下X 的条件分布列 类似于乘法公式,有
P( X xi ,Y y j ) P( X xi ) P(Y y j X xi )

P(Y y j ) P( X xi Y y j )
i, j 1,2,
类似于全概率公式,有
P( X xi ) pij P( X xi ,Y y j )
r 2 y2

f ( x , y ) f X Y ( x y) fY ( y ) 1 , r 2 y2 x r 2 y2 2 2 2 r y 其他 0,
故当Y = y 时,
y

r 2 y2
X ~U r y , r y

浅谈概率论中数学期望的计算方法

浅谈概率论中数学期望的计算方法

Θ
1σ2 2 t 2
E (X) =
1 μ i t[e i
1σ2 2 t 2
] ’t = 0 =μ
4 利用条件数学期望法
运用条件数学期X |
Y) ) 。在限定变量 Y的值 y之后 , 计算条件数学期望 E ( X | Y)较为容易 ,再对其求一次期望即得 E ( X ) 。
设随机变量x服从二项分布0其他x的数学期望为有些随机变量的结构很复杂利用定义求其数学期望需要求其概率分布若直接求概率分布很困难此时可以根据实际意义将要求数学期望的随机变量x分解为数个简单随机变量的和即然后利用数学期望的性质求得从而化整为零化繁为简这也是概率论学习中一种很重要的思想方法这种处理方法带有一定的普遍意义
k- 2
k =1
- 6 k (1 - p)
k =1

k- 2
+ 6 p (1 - p)
k =1

=0
然科学版 ) , 2005 ( 22) : 6.
[8 ] 马占友 ,陈利 . 关于离散随机变量数学期望的几种求法 [ J ].
∞ 1 ∞ 1 1 ∞ ) 6 k (1 - p) k- 1 + 6 p (1 - p) k - 1 6 p (1 p k =1 1 - p k =1 1 - pk = 1
浅谈概率论中数学期望的计算方法
张唯春
(辽宁省交通高等专科学校 ,辽宁沈阳 110122)
摘 要 本文介绍了用特征函数 、 条件数学期望 、 对称性等求解数学期望的方法 ,解法各具特色 。 关键词 数学期望 计算方法 概率论 中图分类号 : O211 文献标识码 : A 随机变量的数学期望是反映随机变量取值的集中位置 的一个重要数字特征 ,随机变量的其它数字特征都是通过数 学期望来定义的 ,因此数学期望的计算问题显得非常重要 , 在理论和实践中都有广泛的应用 。 定义 : 设离散型随机变量 X 的分布律 [ 1 ]为

1.1.11.1条件期望的定义

1.1.11.1条件期望的定义

f ( x, y)dx
是关于y的函数.
2、随机变量Y在 X x 下的条件期望:
EY | X x yfY|X ( y | x)dy
是关于x的函数.
10Biblioteka 第四层: 条件数学期望gy: y EX |Y y 则g Y 是随机变量Y的函数. 这是一个新的随机变量,记为E X | Y ,
称作X关于Y的条件数学期望.
10 P{ X= xi |Y= yj }0;
20
P{ X
i 1
xi | Y
yj}
i 1
pij p• j
p• j p• j
1.
即条件分布率是分布率,
X | Y y j x1
P
p1 j
, xn
, pnj
p• j
p• j
7
第二层: 随机变量的条件分布
条件密度函数具有密度函数的以下特性:
10 对任意的 x, 有 f X |Y ( x | y) 0
j 1
P{Y y j } p• j
pi j ,
i 1
i 1,2, j 1,2,
4
第二层: 随机变量的条件分布
设( X ,Y ) 是二维离散型随机变量,对于固定的 j ,
若P{Y= yj }>0, 则称
P{X
xi |Y
y j}
P{ X xi ,Y y j } P{Y y j }
pij , i 1,2, p• j
目录
条件期望 特征函数
1
目录
1.1 条件期望的定义
四层嵌套构建法
2
第一层: 基于事件的条件概率
由条件概率公式:
P(A | B) P(AB) , P(B) 0 P(B)

条件概率,条件分布,条件期望

条件概率,条件分布,条件期望

3 3 1 P ( A) , P ( B ) , P ( AB ) 4 4 2
2 1 / 2 P ( AB ) P ( B | A) P ( B) 3 3/4 P ( A)
定义1 设A,B是两个事件,且P(A)>0,称
P ( AB ) P ( B | A) P ( A)
又知边缘概率密度为
fY ( y ) f ( x , y ) d x


2 1 1 y 2 2 d x 1 y , 1 y 1, 1 y 2 π π 0, 其他.
于是当 1 y 1 时, 有
1π 1 2 2 , 1 y x 1 y , 2 2 f X Y ( x y ) ( 2 π) 1 y 2 1 y 0, 其他.
条件数学期望
定义
xi P( X xi | Y y ) i E( X | Y y) xf X |Y ( x | y )dx
15/22
1.2
随机事件的概率
注意点
• E(X| Y=y) 是 y 的函数.
所以记 g(y) = E(X| Y=y). 进一步记 g(Y) = E(X| Y).
1, 若第二次抽取红球 Y , 0, 若第二次抽取黑球 无放回抽样的条件下求(X, Y)的联合分 布律及X=0条件下Y的条件分布。
(2)无放回抽样
Y
X
0 1
0
1
2 7
2 7
2 7
1 7
二、连续型随机变量的条件分布
条件分布函数 FX Y ( x y)
条件分布是指在一个随 机变量取某个确定值 的条件下, 另一个随机变量的分布, 即 FX Y ( x y ) P{ X x Y y } .

§4.6条件数学期望

§4.6条件数学期望

y
1
x
O
1
PX
1 3
Y
1
2
=FX
Y
1
3
1 2
13
fX Y
x
1 2
dx
1/ 3 0
3 2
x dx
4. 9
依定义,有
E
X
Y
1
2
xf X Y
x
1
2
dx
1 0
x
3 2
x dx
5 ,
12
E
X2
Y
1
2
x2
fX Y
x
1
2
dx
1 0
x2
3 2
x dx
1 ,
2
E Y 2 X xi E Y X xi
为在X=xi条件下Y的条件方差,记作 D Y X xi ,即
2
D Y X xi E Y 2 X xi E Y X xi .
【注】若在X=xi条件下,Y取有限个值,则E(Y X=xi)存在。
例1 设二维随机变量(X, Y)的概率分布为
3 7
4, 7
12
1
P Y 2 X 1 P{ X 1,Y 2} P{ X 1}
6 7
2, 7
12
在X=1条件下,Y的条件概率分布为
Y
012
P{Y=yj|X=1} 1/7 4/7 2/7
依定义,E Y X 1 0 1 1 4 2 2 8 , 7 7 77
E Y 2 X 1 02 1 12 4 22 2 12 ,
2
E X2 Y yj E X Y yj
为在Y=yj条件下X的条件方差,记作D X Y yj ,即
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第六章 条件数学期望和特征函数
6.1 解 (a)P (T = m|M = k ) = P (
M
j =1
Nj |M = k ) = P (
k
j =1
Nj ) =
8k m
0.6m 0.48k−m , m = 0, 1, · · · , 8k,
即 T |{M = k } ∼ B (8k, 0.6), (b)E (T |M = k ) = 8k × 0.6 = 4.8k. 6.2 解 设他 j 第场下 Nj 盘棋, T 为他下的总棋盘数, 则 T = 故 ET = E [E (T |M )] = E (4.8M ) = 4.8EM = 48. 6.3 解 由 N 和 {Xj } 独立知,
N N i=1
i=1
Xi ) = 21 × 2 = 42 分钟, Yi , 且 P (Yi = 0) = 0.8, P (Yi = 5) = 0.2, i =
ES2 = E [E (S2 |N )] = E (N ) = 27 分钟.
i=1
Yi |N = 21) = E (
21
i=1
Yi ) = 21 × 1 = 21 分钟,
(b)EX |{Y = 63} = µ1 + ρ(σ1 /σ2 )(63 − µ2 ),
2 X |{Y = 63}的标准差为 (1 − ρ2 )σ1 . ∞ 1 x+1 0
∞ 1 yd exp(−y (x + 1)) = 6.9 解 X 的边缘密度为 fX (x) = 0∞ f (x, y )dy = x− +1 0 1 1))dy = (x+1)2 , x > 0 Y 的边缘密度为 fY (y ) = 0∞ f (x, y )dx = − 0∞ d exp(−y (x + 1)) = e−y , y > 0 (x,y ) y (x+1)) 故 fX |Y (x|y ) = f = y exp(− = ye−yx , x > 0, y > 0 f Y (y ) e−y
N j =1
Xj , 由已知可得 E (Xj ) =
n j =1 n
0+2 2 n j =1
2 = 1, E (Xj )=
1 2 2 0
x2 dx = 4 , j = 1, 2 . . . 3
从而 E (W |N = n) = E ( E (W 2 |N = n) = E (
Xj ) =
E (Xj ) = n,
故 X(n) 的概率密度为 fX(n) (x) = [(1 − exp(−xβ ))n ] = nβ exp(−xβ )(1 − exp(−xβ ))n−1 , x > 0. 6.17 解 设 Xi 为第 i 个插口的寿命, 则 X(3) 表示这台计算机 USB 的寿命, 由已知可得 Xi ∼ E (λ), i = 1, 2, . . . , 7, 故 P (X(3) = t) = 7! F (t)2 f (t)[1 − F (t)]4 dt 2! × 1! × 4! = 105(1 − exp(−tλ))2 λ exp(−tλ)(exp(−tλ))4 dt = 105λ exp(−5tλ)(1 − exp(−tλ))2 dt, t > 0
P (Y =y,N =n) P (N =n)
=
βα 1 Γ(n+α) n!Γ(α) (β +1)n+α
f (y,n)dy
=
(β +1)n+α y n+α−1 exp(−(β +1)y ) dy, Γ(α+1)
(β +1)n+α y n+α−1 exp(−(β +1)y ) . Γ(α+1)
6.16 解 (a) 设 Xi 为第 i 个人的等待时间, 则第一个电话的到达时间为 X(1) = min(X1 , X2 , . . . , Xn ), 最后一个电话的到达时间为 X(n) = max(X1 , X2 , · · · , Xn ), 对 ∀x > 0 有 P (X(1) ≤ x) = = = = = = 1 − P (X(1) > x) 1 − P (X1 > x, X2 > x, · · · , Xn > x) 1 − P (X1 > x)P (X2 > x) · · · P (Xn > x) 1 − P (X1 > x)n 1 − [1 − F (x)]n 1 − exp(−nxβ ),
从而 X(1) 的概率密度为 fX(1) (x) = (1 − exp(−nxβ )) = nβ exp(−nxβ ), x > 0 (b) 对 ∀x > 0 有 P (X(n) ≤ x) = = = = = P (X1 ≤ x, X2 ≤ x, · · · , Xn ≤ x) P (X1 ≤ x)P (X2 ≤ x) · · · P (Xn ≤ x) P (X1 ≤ x)n F (x)n [1 − exp(−xβ )]n ,
exp(−y (x +
fY |X (y |x) =
f (x,y ) f X ( x)
=
y exp(−y (x+1))
1 (1+x)2
= y (1 + x)2 exp(−y (x + 1)), x > 0, y > 0.
√ 1 2πσ1 −µ) exp(− (x2 ), σ2
1 2
6.10 解 由已知可得 fX (x) =
6.7 解 由已知可得 fX (x) = 1, x ∈ (0, 1),, fY |X (y |x) = 1 故 f (x, y ) = fX (x)fY |X (y |x) = 1−x , 0 < x < y < 1 1 dx = − ln(1 − y ), y ∈ (0, 1). 从而 fY (y ) = 0y f (x, y )dx = 0y 1− x
6.11 解 因 Y |{X = x} ∼ N (µ(x), σ (x)2 ), 故 E (Y |X = x) = µ(x), E (Y |X ) = µ(X ). ), 6.12 解 由题意得 X |{Y = y } ∼ E ( ay1 +b 故 E [X |{Y = y }] = ay + b, 从而 E (X |Y ) = aY + b, EX = E [E (X |Y )] = E (aY + b) = aEY + b = aµ + b. 6.13 解 (a) 由已知可得 Xj |{N = i} ∼ B (100, hij ), 从而 E (Xj |{N = i}) = 100hij , µj = EXj = E [E (Xj |N )] = 100h1j p1 + 100h2j p2 + 100h3j p3 ,
fY |X (y |x) =
2 1
故的联合密度为 f (x, y ) = fX (x)fY |X (y |x) =
1 2πσ1 σ (x)
−µ) + exp(−[ (x2 σ2
−µ(x))2 √ 1 exp(− (x2 ), σ ( x) 2 2πσ (x) 2 (x−µ(x)) ]), x, y ∈ R. 2 σ ( x) 2
6.5 解 (a) 设 Xi 为他阅读第 i 个邮件需要的时间, 则 S1 = 从而 E (S1 |{N = 21}) = E (
N i=1
N i=1
Xi ,
Xi |N = 21) = E (
21
ES1 = E [E (S1 |N )] = E (2N ) = 2EN = 2 × 27 = 54 分钟. (b) 设 Yi 为他回复第 i 个邮件所用的时间, 则 S2 = 1, 2, . . . , N 故 EYi = 0.2 × 5 = 1, i = 1, 2, · · · , N , 从而 E (S2 |N = 21) = E (
1
x− 2 exp(−ax 2 )dx
=
√ a2 t+2a t+2 , a2
2
从而 E (Y − t|Y > t) = E (Y |Y > t) − t =
√ a2 t+2a t+2 a2
− t.
6.15 解 由已知可得 N |{Y = y } ∼ P (y ), 故 (Y, N ) 的联合密度为 n β α α−1 βα f (y, n) = fY (y )pN |Y (n|y ) = Γ( y exp(−yβ ) y exp(−y ) = n!Γ( y n+α−1 exp(−(β + 1)y ), α) n! α) βα y n+α−1 exp(−(β + 1)y )dy , 从而 P (N = n) = 0∞ f (y, n)dy = 0∞ n!Γ( α) ∞ βα βα t 1 1 ( β +1 )n+α+1 e−t β +1 dt = n!Γ( Γ(n + α), 令 (β + 1)y = t, 则上式 = n!Γ( α) 0 α) (β +1)n+α 所以 P (Y = y |N = n) = 故 fY |N (y |n) =
N n n M j =1
Nj ,
E(
j =1
Xj |N = n) = E (
j =1 EN λ
Xj ) =
j =1
E (Xj ) =
n , λ
故 EW = E [E (W |N )] = E ( N )= λ
=
1 . pλ
6.4 解 设 N 为出租车在一天内遇到的红灯数, Xi 为在第 i 个红灯处的等候时间, W 为一天内等 候红灯的时间, 则 W =
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