概率论第二版第3章习题答案讲解

习 题3.11． 在10件产品中有2件一等品，7件二等品和1件次品．从这10件产品中任意抽取3件，用X 表示其中的一等品数，Y 表示其中的二等品数，求(,)X Y 的分布列．解 X 的可能取值为0，1，2；Y 的可能取值为0，1，2，3，因此(,)X Y 的可能取值为{(,):0,1,2;0,1,2,3}i j i j ==，且有217131021(0,2)120C C P X Y C ⋅====， 3731035(0,3)120C P X Y C ====， 11127131014(1,1)120C C C P X Y C ⋅⋅====，122731042(1,2)120C C P X Y C ⋅====， 21213101(2,0)120C C P X Y C ⋅====， 21273107(2,1)120C C P X Y C ⋅====． 由此，(,)X Y 的分布列可以由下表给出4． 设(,)X Y 的密度函数为e 0(,)0y x y f x y -⎧<<=⎨⎩，；，其它.，求(1)P X Y +≤．解 11112210(1)e d d d e d 1e 2e xyy xx y x yP X Y x y x y -----+<<+===+-⎰⎰⎰⎰≤≤．5． 设(,)X Y 的密度函数为, 04,0(,)Axy x y f x y⎧⎪=⎨⎪⎩≤≤≤；0, 其它. ，求：(1)常数A ；(2){1,1}P X Y ≤≤．解 （1）由联合密度函数的性质(,)d d 1f x y x y +∞+∞-∞-∞=⎰⎰，有4d d 1x Axy y =⎰，得 332A =．（2）1001,104,0331(1,1)d d d d 323264x y x y P X Y xy x y x x y y ===⎰⎰⎰≤≤≤≤≤≤≤． 10． 袋中有2只白球和3只黑球，从中连取两次，每次取一只． 定义下列随机变量：1, 0, X ⎧=⎨⎩第一次取到白球；第一次取到黑球. 1, 0, Y ⎧=⎨⎩第二次取到白球；第二次取到黑球. 分别就有放回抽取和无放回抽取两种情形，求：(1) (,)X Y 的联合分布列；(2)两次摸到同样颜色球的概率．解 （1）有放回抽样：由事件的独立性条件得(,)X Y 的联合分布列为339(0,0)5525P X Y ===⋅=， 326(0,1)5525P X Y ===⋅=， 236(1,0)5525P X Y ===⋅=， 224(1,1)5525P X Y ===⋅=． 如下表两次摸到同样颜色球的概率为9413(0,0)(1,1)252525P X Y P X Y ==+===+=． （2）无放回抽样：由乘法定理得(,)X Y 的联合分布列为326(0,0)5420P X Y ===⋅=， 326(0,1)5420P X Y ===⋅=， 236(1,0)5420P X Y ===⋅=， 212(1,1)5420P X Y ===⋅=． 如下表两次摸到同样颜色球的概率为(0,0)(1,1)0.30.10.4P X Y P X Y ==+===+=．习 题3.22． 已知(,)X Y 的联合分布函数为()1e e e 0,0(,) 0x y x y x y F x y ---+⎧--+>>=⎨⎩， ；， 其它.　， 求：（1）边缘分布函数；（2）联合密度函数及边缘密度函数；（3）判断X 与Y 的独立性．解 （1）1e ,(0())lim (,)X y x F x F x y x →+∞-=->=1e ,(0())lim (,)Y x y F y F x y y →+∞-=->=即有 1e ,0;()0,0.x X x F x x -⎧->=⎨⎩≤， 1e ,0;()0,0.y Y y F y y -⎧->=⎨⎩≤． （2）(2)(,e ,0,0;0)(,),x y F x y f x x y x y y -+⎧>>⎨=∂∂=∂⎩其它. ()0ed ee d e ()(,,)d ()0x y xx X y y y f x f x x y y +∞-+∞+∞+--∞--===>=⎰⎰⎰ ()ed ee d e ()(,,)d ()0x y yy Y x x x f y f x y y x +∞-+∞+∞+--∞--===>=⎰⎰⎰故 e ,0;()0,0.x X x f x x -⎧>=⎨⎩≤， e ,0;()0,0.y Y y f y y -⎧>=⎨⎩≤． （3）由于 (,)()()X Y f x y f x f y =，所以,X Y 相互独立．3． 一个盒子中有三只乒乓球，一只白色，两只黄色，现从袋中有放回的任取两次，每次取一只，以X ，Y 分别表示第一次、第二次取到球的颜色．求：（1）X 和Y 的联合分布列；（2）X 和Y 的边缘分布列；（3）判断X 和Y 的独立性．解 定义下列随机变量：1, 2, X ⎧=⎨⎩第一次取到白球;第一次取到黄球. 1, 2, Y ⎧=⎨⎩第二次取到白球;第二次取到黄球.（1）在有放回取球条件下111(1,1)339P X Y ===⋅=， 122(1,2)339P X Y ===⋅=，212(2,1)339P X Y ===⋅=， 224(2,2)339P X Y ===⋅=．（2）边缘分布列（3）由于{,}{}{},1,2;1,2P X i Y j P X i P Y j i j ====⋅===，所以,X Y 相互独立．5． 随机变量(,)X Y 在区域{(,)|,}x y a x b c y d <<<<上服从均匀分布，求(,)X Y 的联合密度函数与边缘密度函数，判断随机变量,X Y 是否独立．解 区域{(,)|,}x y a x b c y d <<<<的面积为()()D S b a d c =--， 所以(,)X Y 的联合密度函数1,,;()()(,)a x b c y d b a d c f x y ⎧<<<<⎪--=⎨⎪⎩0, 其它. X 和Y 的边缘密度函数11()(,)d d ,()()()d X c f x f x y y y a x b b a d c b a+∞-∞===<<---⎰⎰11()(,)d d ,()()()b Y a f y f x y x x c y d b a d c d c+∞-∞===<<---⎰⎰ 故 ,1;()X a x b f x b a ⎧⎪⎨⎪⎩<<=-0, 其它.， ,1 ;()Yc yd f y d c ⎧⎪⎨⎪⎩<<=-0, 其它.． 由于 (,)()()X Y f x y f x f y =，所以,X Y 独立．8． 甲、乙两人各自独立进行两次射击，命中率分别为0.2，0.5，求甲、乙命中次数X 与Y 的联合概率分布．解 依题意，~(2,0.2),~(2,0.5)X b Y b ，据公式()(1)k kn k nP X k C p p -==-可算得X 和Y 的概率分布分别为012~0.640.320.04X ⎛⎫ ⎪⎝⎭，012~0.250.50.25Y ⎛⎫ ⎪⎝⎭．由X 和Y 的独立性可得X 和Y 的联合概率分布为习 题3.31. （1）max(,)012340.10.150.250.40.1=M X Y P ；min(,)01230.440.340.140.08=m X Y P ；（2）012345670.0440.10.1750.290.2270.110.0460.008+M m P .5. 设随机变量（X ,Y ）的密度函数为301,0(,)0 x x y x f x y <<<<⎧=⎨⎩其它.，；，求12().-≤P X Y （修改后的题）解 121()(,)2-≤-≤=⎰⎰x y P X Y f x y dxdy1121102219113381616++-===⎰⎰⎰⎰xx x xdx dy xdx dy6. 设随机变量X 与Y 独立，它们的概率密度分别为201()0 X x x f x ≤≤⎧=⎨⎩其它.，；， 201()0 Y y y f y ≤≤⎧=⎨⎩其它.，；， 求1().+≤P X Y （修改后的题）解 因为X 与Y 独立，所以（X ,Y ）的密度函数为401,01(,)()()0 X Y xy x y f x y f x f y ≤≤≤≤⎧==⎨⎩其它.，；， 1(1)(,)+≤+≤=⎰⎰x y P X Y f x y dxdy 11120142(1)6-==-=⎰⎰⎰x dx xydy x x dx习 题3.42． 设X 与Y 的联合密度为()e 0,0(,)0 x y x y f x y -+⎧>>=⎨⎩其它.，；，， 求()P X Y <及()E XY ．解 （1）设D 为{0,0,}X Y X Y >><所围区域，则()2200011()e d d e d e d e d e 22x y x y x xx DP X Y x y x y x +∞+∞+∞-+----+∞<====-=⎰⎰⎰⎰⎰． （2）()0()()d d e d d x y E XY xyf xy x y xy x y +∞+∞+∞+∞-+-∞-∞==⎰⎰⎰⎰e d e d 1x y x x y y +∞+∞--==⎰⎰．4． 设~(1)Y E 且0,(1,2)1,.k Y k X k Y k ⎧==⎨>⎩≤；，求：（1）1X 与2X 的联合概率分布；（2）12()E X X +．解 （1）e 0~()0,0., -⎧=⎨<⎩y y Y f y y 10,11,1⎧=⎨>⎩Y X Y ，20,21,2.⎧=⎨>⎩Y X Y12(,)X X 有四个可能取值：(0,0),(0,1),(1,0),(1,1)，且由题意，有11120(0,0)(1,2)(1)e d 1e y P X X P Y Y P Y y --======-⎰≤≤≤，12(0,1)(1,2)0P X X P Y Y ===>=≤，212121(1,0)(1,2)(12)e d e e y P X X P Y Y P Y y ---===>=<==-⎰≤≤，2122(1,1)(1,2)(2)e d e y P X X P Y Y P Y y +∞--===>>=>==⎰．1X 与2X 的联合概率分布为（2）12X X +的概率分布为 121122012()~1e e e e X X ----⎛⎫+ ⎪--⎝⎭故 11221212()0(1e )1(e e )2e e e E X X ------+=⨯-+⨯-+⨯=+．5． 设随机变量X 和Y 的联合分布在以点(0,1)、(1,0)、(1,1)为顶点的三角形区域D 上服从均匀分布，求随机变量U X Y =+的方差．解 方法1X 和Y 的联合密度函数为 2, (,);(,)0, x y D f x y ∈⎧=⎨⎩其它.11012()(,)d d 2d d 3x E X xf x y x y x x y +∞+∞-∞-∞-===⎰⎰⎰⎰，11222011()(,)d d 2d d 2x E X x f x y x y x x y +∞+∞-∞-∞-===⎰⎰⎰⎰，从而 221()()[()]18D X E X E X =-=．同理，21(),()318E Y D Y ==．11015()2d d 12x E XY x x y y -==⎰⎰，1(,)()()()36Cov X Y E XY E X E Y =-=-，1()()()2(,)18D X Y D X D Y Cov X Y +=++=．方法211014()()()d d d 2()d 3x E X Y x y f xy x y x x y y +∞+∞-∞-∞-+=+=+=⎰⎰⎰⎰， 112220111[()]()()d d d 2()d 6x E X Y x y f xy x y x x y y +∞+∞-∞-∞-+=+=+=⎰⎰⎰⎰，221()[()][()]18D X YE X Y E X Y +=+-+=．习 题3.52． 在n 次独立试验中，事件A 在第i 次试验中发生的概率为(01,1,2,)i i p p i <<=，证明：事件A 发生的频率依概率收敛于A 发生概率的平均值．证明 设X 表示在n 次试验中事件A 发生的次数，若引入随机变量1,0,第次试验中发生;第次试验中不发生.i i A X i A ⎧⎪⎨⎪⎩=，12,i n =，，，则1ni i X X ==∑．且i X 服从0—1分布，01~1i ii X p p ⎛⎫⎪-⎝⎭，故 (),()(1)i i i i i i i E X p D X p p p q ==-=．由于 22()()4140≥i i i i i i i p q p q p q p q -=+-=-，故 1(),1,2,,4i i i D X p q i n ==≤，即i X 12,i n =，，方差有公共的上界. 因此由切比雪夫大数定律可知，对任意的0ε>，有1111lim ()1n ni i n i i P X E X n n ε→∞==⎛⎫-<= ⎪⎝⎭∑∑， 即 11lim 1n i n i X P p n n ε→∞=⎛⎫-<= ⎪⎝⎭∑．可见，事件A 发生的频率依概率收敛于A 发生概率的平均值．5． 一生产线生产的产品成箱包装，每箱的重量是随机的，假设每箱平均重50千克，标准差为5千克，若用载重量为5吨的汽车承运，利用中心极限定理说明每辆车最多可以装多少箱才能保障不超载的概率大于0.977．解 设n 为所求的箱数，且设i X 为第i 箱的重量(1,2,,)i n =．由题意，知()5i E X ==．且将12,,,n X X X 视为独立同分布的随机变量．又n 箱的重量1nn i i Y X ==∑，易算得()50n E Y n ==根据林德贝格—莱维中心极限定理，n Y 近似服从正态分布(50,25)N n n ．依题意n 需满足{5000}0.977≤n P Y >，即有{5000}≤n P Y P =0.977(2)ΦΦ≈>=2>，即 1010000n +<．x =，则有210210000x x +-<，解得9.9x <（舍去负的下界）． 因此，298.01n x =<，即最多可以装98箱可保证不超载的概率大于0.977． 6． 已知相互独立的随机变量1ξ,2ξ,…,50ξ都服从泊松分布，记501i i X ξ==∑，求(3)P X ≥．解 因为1ξ,2ξ,…,50ξ独立同分布，且(),()(1,2,,50)i i E D i ξλξλ===．根据林德贝格—莱维中心极限定理，X 近似服从正态分布(50,50)N λλ．(3)1P X P Φ==-≥．7． 某保险公司经多年的资料统计表明，在索赔户中被盗索赔户占20%，在随意抽查的100家索赔户中被盗的索赔户数为随机变量X ．（1）写出X 的概率分布；（2）利用棣莫佛—拉普拉斯定理，求被盗的索赔户数不少于14户且不多于30户的概率的近似值．解 设A ={抽查到被盗索赔户}，则()0.2p P A ==． 依题意，~(,)(100,0.2)X b n p b =，因此分布律为100100{}0.20.8,(0,1,,100)kk k P X k C k -==⋅⋅=．（2）()20,()(1)16E X np D X np p ===-=，根据棣莫佛—拉普拉斯定理，{1430}{140.5300.5}P X P X ≈-+≤≤≤≤13.5202030.52020{}{1.625 2.625}4444X X P P ----==-≤≤≤≤(2.625)[1(1.625)]0.995710.94790.9436ΦΦ=--≈-+=．8． 在n 次独立重复试验中, 成功率为0.75, 要使“试验成功的频率在0.74~0.76之间” 的概率不小于0.90，则至少要进行多少次试验?解 设12,,,n X X X 表示n 次重复独立试验的各次试验中事件成功的次数，则 12~(,0.75)n X X X b n +++．且在n 次试验中事件成功发生的频率12nX X X X n+++=满足21(1)0.1875()0.75,()(1)p p E X p D X np p n n n-===-==．利用棣莫弗-~(0,1)X N ，所以{0.740.76}{0.01}P X P X p <<=-<P ⎫=<P =<21Φ=-．故要“试验成功的频率在0.74~0.76之间” 的概率不小于0.90， 即{0.740.76}0.90P X <<≥，只需210.90Φ-≥，0.95Φ≥，查表知(1.645)0.95Φ= 1.645，或5074n ≥． 9． 设某车间有150台机床独立工作， 已知每台机床在运转时耗电量都是5(千瓦)．因检修等原因，每台机床平均只有60%的时间在运转．问配电室至少要供给这个车间多少电才能以99.9%的概率保证这个车间不致因供电不足而影响机床工作．解 设X 表示150台机床中同时运转的机床台数，则~(150,0.6)X b ．设配电室需供应k 千瓦电，能以99.9%的概率保证车间正常工作．由棣莫弗-拉普拉斯中心极限定理，有{5}{}0.9995k P X k P X Φ=≈≤≤≥． 解得 540.5k ≥.故至少供应540.5千瓦电力才能以99.9%的概率保证车间正常工作．10． 某公司电话总机有200台分机，每台分机有6 %的时间用于外线通话，假定每台分机用于外线是相互独立的，问该总机至少应装多少条外线，才能有95%的把握确保各分机需用外线时不必等候．解 设X 表示200分机同时使用外线的数目，则~(200,0.06)X b ．设总机至少应装k 条外线，才能有95%的把握确保各分机需用外线时不必等候．由棣莫弗-拉普拉斯中心极限定理，有()12,()(1)11.28E X np D X np p ===-={}0.95P X k P Φ=≈≤≥． 而(1.645)0.95Φ= 1.645解得 17.03k ≥.故至少应装18条外线，才能有95%的把握确保各分机需用外线时不必等候．11． 某工厂生产的一批零件，合格率为95%，今从中抽取1 000件，求不合格的件数在40到60之间的概率．解 设X 表示1 000件零件中不合格品的件数，则~(1000,0.05)X b ．()50,()(1)47.5E X np D X np p ===-=，由棣莫弗-拉普拉斯中心极限定理，有{4060}{400.5600.5}P X P X =-+≤≤≤≤2(1.524)1P Φ⎫==- 20.935710.8714=⨯-=．12． 有一大批种子, 其中良种占20%，从中任取5 000粒，问这些种子中良种所占比例与20% 的绝对差小于0.01的概率．解 设X 表示所取5 000粒种子中良种的粒数，则~(5000,0.2)X b ．()1000,()(1)800E X np D X np p ===-=，由棣莫弗-拉普拉斯中心极限定理，有{}{}0.20.011000501000500.55000X P P X P X ⎧⎫⎪⎪-<=-<=-<+⎨⎬⎪⎪⎩⎭2(1.785)1P Φ⎫=<=- 20.96291=⨯-=0.925 8．古今名言 敏而好学，不耻下问——孔子业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随——韩愈兴于《诗》，立于礼，成于乐——孔子己所不欲，勿施于人——孔子读书破万卷，下笔如有神——杜甫读书有三到，谓心到，眼到，口到——朱熹立身以立学为先，立学以读书为本——欧阳修读万卷书，行万里路——刘彝黑发不知勤学早，白首方悔读书迟——颜真卿书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲——于谦书犹药也，善读之可以医愚——刘向莫等闲，白了少年头，空悲切——岳飞发奋识遍天下字，立志读尽人间书——苏轼鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书——李苦禅立志宜思真品格，读书须尽苦功夫——阮元非淡泊无以明志，非宁静无以致远——诸葛亮熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟——孙洙《唐诗三百首序》书到用时方恨少，事非经过不知难——陆游问渠那得清如许，为有源头活水来——朱熹旧书不厌百回读，熟读精思子自知——苏轼书痴者文必工，艺痴者技必良——蒲松龄声明访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定，不得侵犯本文档及相关权利人的合法权利。