《概率论与数理统计》习题答案复旦大学出版社第四章.doc

1、1习题四1.设随机变量 X 的分布律为X 1 0 1 2P 1/8 1/2 1/8 1/4求 E（X） ，E（ X2） ，E（2X+3）.【解】(1) ()2;884(2) 2221150(3) (3)()3EX2.已知 100 个产品中有 10 个次品，求任意取出的 5 个产品中的次品数的数学期望、方差.【解】设任取出的 5 个产品中的次品数为 X，则 X 的分布律为X 0 1 2 3 4 5P 5910C.8340951C.331095C.721095C.71095C10故 ().2.34E50,20()()iiiDXxP22 2.51.83(0.51).340(5.01)433.设随机变

2、量 X 的分布律为X 1 0 1P p1 p2 p3且已知 E（X ）=0.1,E(X 2)=0.9,求 P1，P 2，P 3.【解】因 ,123又 ,1231()00.A2239EXPP由联立解得 123.4,.,.54.袋中有 N 只球，其中的白球数 X 为一随机变量，已知 E（X）=n，问从袋中任取 1 球为白球的概率是多少？【解】记 A=从袋中任取 1 球为白球，则20()|NkPAPAXk全 概 率 公 式0011().NkknEXNA5.设随机变量 X 的概率密度为f（x）= .,0,21,他x求 E（X） ，D（ X）.【解】 1201()()d()dxfxx133201.122

3、23017()()d()d6EXxfxx故 .6D6.设随机变量 X，Y，Z 相互独立，且 E（X）=5，E（Y ） =11，E（Z）=8 ，求下列随机变量的数学期望.（1） U=2X+3Y+1；（2） V=YZ4X.【解】(1) (231)2()3(1E54.(2) ()YZEX,()ZA因 独 立18456.7.设随机变量 X，Y 相互独立，且 E（X）=E（Y）=3，D（X）=12，D（Y）=16，求E（3X 2Y） ，D（2X3Y）.【解】(1) ()()2(32.(2) 41962.8.设随机变量（X，Y）的概率密度为3f（x，y）= .,0,1他xyxk试确定常数 k，并求 E（X

4、Y ）.【解】因 故 k=210(,)dd,2xfky.10(,)d205xXYf y 9.设 X，Y 是相互独立的随机变量，其概率密度分别为fX（x ）= fY（y）=;,0,12他x(5)e,.y其 他求 E（XY）.【解】方法一：先求 X 与 Y 的均值102()d,3xA5(5)500eede516.zyyzzY 令由 X 与 Y 的独立性，得 2()()4.3EXYA方法二：利用随机变量函数的均值公式.因 X 与 Y 独立，故联合密度为(5)e,01,5(,)(),yXYxxyfxyf其 他于是 11(5)2(5)50052()2eded64.3y yEYxx AA10.设随机变量

5、X，Y 的概率密度分别为fX（x）= fY（y ）=;,2x.0,4y求（1） E（X+Y）; （2） E（2X3Y 2）.【解】 -200()()deedxxxfA201e.x401()()ey.YEyf2222dd.8A从而(1) 3()()4XEY4(2) 2215(3)()3()38EXYEY11.设随机变量 X 的概率密度为f（x）= .0,2xcke求（1） 系数 c;（2） E（X）;（3） D（X）.【解】(1) 由 得 .220()ded1kxfx2ck(2) 0()ekxA220ed.kx(3) 222201()()e.kxEXfA故 22214.DEX12.袋中有 12

6、个零件，其中 9 个合格品，3 个废品.安装机器时，从袋中一个一个地取出（取出后不放回） ，设在取出合格品之前已取出的废品数为随机变量 X，求 E（X）和D（X）.【解】设随机变量 X 表示在取得合格品以前已取出的废品数，则 X 的可能取值为0，1，2，3.为求其分布律，下面求取这些可能值的概率，易知90.75,P 3910.24,P32.41,11.5于是，得到 X 的概率分布表如下：X 0 1 2 3P 0.750 0.204 0.041 0.005由此可得 ().75.204.30.5.1E2 222201143()(.(.).XDEX13.一工厂生产某种设备的寿命 X（以年计）服从指数

7、分布，概率密度为f（x）= .0,41xxe为确保消费者的利益，工厂规定出售的设备若在一年内损坏可以调换.若售出一台设备，工厂获利 100 元，而调换一台则损失 200 元，试求工厂出售一台设备赢利的数学期望.【解】厂方出售一台设备净盈利 Y 只有两个值：100 元和200 元5/41/4110edxPYX/2.故 (元).1/41/41/4()e(20)e)3023.64E14.设 X1，X 2，X n 是相互独立的随机变量，且有 E（X i）=，D （X i）=2，i=1，2， ，n，记，S 2= .niiX1,nii12)(（1） 验证 =， = ；)(E)(Dn2（2） 验证 S2=

8、；)(12niiX（3） 验证 E（S 2）= 2.【证】(1) 111()()().nnni i ii iiXEEXu A2 211 1()()nn ni i ii i iDDDX 之 间 相 互 独 立2.nA(2) 因 2 2211 11()()nn nni i ii ii i i iXXXX2 21 1n ni ii iA故 .221()niiSX(3) 因 ,故2),iiEuD222()().iiiEXDEXu同理因 ,故 .(,()Xn2un从而62 22 21 1()()()()n ni ii iEsXEX 22122().niiEuunA15.对随机变量 X 和 Y，已知 D（

9、X）=2，D （Y）=3 ，Cov(X,Y)=1,计算：Cov（3X2Y +1，X+4Y3）.【解】 Cov(1,4)()10Cov(,)8(D232(因常数与任一随机变量独立，故 Cov(X,3)=Cov(Y,3)=0,其余类似).16.设二维随机变量（X，Y）的概率密度为f（x，y）=21,1,0.xy其 他试验证 X 和 Y 是不相关的，但 X 和 Y 不是相互独立的.【解】设 .2(,)|1Dxy21(,)ddxyExfy210=cos0.rA同理 E(Y)=0.而 Cov,)()(),dXxEyYfxy,2 2101dsinco0xyrr由此得 ,故 X 与 Y 不相关.0XY下面讨

10、论独立性，当|x |1 时， 212()d1.xXfyx当|y |1 时， .212()dyYf显然 ,).XfxfxA7故 X 和 Y 不是相互独立的.17.设随机变量（X，Y）的分布律为1 0 11011/8 1/8 1/81/8 0 1/81/8 1/8 1/8验证 X 和 Y 是不相关的，但 X 和 Y 不是相互独立的.【解】联合分布表中含有零元素，X 与 Y 显然不独立，由联合分布律易求得 X，Y 及 XY 的分布律，其分布律如下表X 1 0 1P 382Y 1 0 1PXY 1 0 1P 284由期望定义易得 E（X）=E（Y）=E（XY）=0.从而 E(XY)=E(X)E(Y),

11、再由相关系数性质知 XY=0,即 X 与 Y 的相关系数为 0，从而 X 和 Y 是不相关的.又 311,18PPA从而 X 与 Y 不是相互独立的.18.设二维随机变量（X，Y）在以（0，0） ， （0，1） ， （1，0）为顶点的三角形区域上服从均匀分布，求 Cov（X，Y） ， XY.【解】如图，S D= ，故（X ，Y）的概率密度为12题 18 图2,(),(,)0xyDfxy其 他 .XY8()(,)dDEXxfy1012d3xyA22()(,)f1206x从而222()(.6318XEX同理 1,.38YD而 101()(,)d2d2d.xDxyfxyy所以.Cov(,)()()1

12、236XYEXYA从而 ov(,)18XYD19.设（X，Y）的概率密度为f（x，y ）=1sin(),0,22.xyxy,其 他求协方差 Cov（X，Y）和相关系数 XY.【解】 /2/01()(,)dsin()d.4ExfyxxyA2201sin.8yA从而 22()(.16DXEX同理 2(),().4YD又 /2/0 dsin()d1,2EXxyxy故 4Cov(,)()()1.4XYYA92224Cov(,)(4)816.83316XYDYA20.已知二维随机变量（X，Y）的协方差矩阵为 ，试求 Z1=X2Y 和 Z2=2XY 的相4关系数.【解】由已知知：D(X)=1,D(Y)=4

13、,Cov(X,Y)=1.从而 12)(4()Cov(,)1413,( 4ZDYX1Cov,)ov(2,)X)4ov(,(,)2ov(,)(5C2)154.YYDD故 1212(, 3.6)3ZZA21.对于两个随机变量 V，W，若 E（V 2） ，E（W 2）存在，证明：E（VW） 2E（V 2）E（W 2）.这一不等式称为柯西许瓦兹（CouchySchwarz）不等式.【证】令 2(),.gttR显然 2220()gtEVttV,.WEtRA可见此关于 t 的二次式非负，故其判别式 0，即 220()4()W.EVA故 22()().22.假设一设备开机后无故障工作的时间 X 服从参数 =1

14、/5 的指数分布.设备定时开机，出现故障时自动关机，而在无故障的情况下工作 2 小时便关机.试求该设备每次开机无故障工作的时间 Y 的分布函数 F（y）. 【解】设 Y 表示每次开机后无故障的工作时间，由题设知设备首次发生故障的等待时间10XE(),E(X)= =5.1依题意 Y=min(X,2).对于 y0,f(y)=PYy=0.对于 y2,F(y)=P(Xy)=1.对于 0y2,当 x0 时，在(0,x)内无故障的概率分布为PXx=1ex,所以F(y)=PYy=Pmin(X,2)y=PXy=1ey/5.23.已知甲、乙两箱中装有同种产品，其中甲箱中装有 3 件合格品和 3 件次品，乙箱中仅

15、装有 3 件合格品.从甲箱中任取 3 件产品放乙箱后，求：（1）乙箱中次品件数 Z 的数学期望；（2）从乙箱中任取一件产品是次品的概率. 【解】 （1） Z 的可能取值为 0，1，2，3，Z 的概率分布为, 36CkPA0,123.Z=k 0 1 2 3Pk 12900因此， 3() .02E(2) 设 A 表示事件“从乙箱中任取出一件产品是次品”，根据全概率公式有 30()|kPAZPAk19213.2606424.假设由自动线加工的某种零件的内径 X（毫米）服从正态分布 N（,1） ，内径小于 10 或大于 12 为不合格品，其余为合格品.销售每件合格品获利，销售每件不合格品亏损，已知销售利润 T（单位：元）与销售零件的内径 X 有如下关系T=.12,5,02,1他问：平均直径 取何值时，销售一个零件的平均利润最大？ 【解】 ()10ETPXXP21012512()()()()2515.uuuPXu故 2/d() 1()(21(0)(10()e),xETuuxu 令 这 里