Section02_二维随机变量
二维离散型随机变量
- 定义 取值有限对或可列对
- 联合分布律
- P{X=xi,Y=yj}=pij,i,j=1,2,⋯
- x1x2⋮xi⋮y1p11p21⋮pi1⋮p⋅1y2p12p22⋮pi2⋮p⋅2⋯⋯⋯⋱⋯⋮⋯yjp1jp2j⋮pij⋮p⋅j⋯⋯⋯⋮⋯⋮⋯p1⋅p2⋅⋮pi⋅⋮
- 联合概率分布 P{X=xi,Y=yj}=pij
- 边缘概率分布
- P{X=xi}=pi⋅=j=1∑∞P{X=xi,Y=yj}
- P{Y=yj}=p⋅j=i=1∑∞P{X=xi,Y=yj}
- 求概率 (找点求概率之和)
P{(X,Y)∈D}=∑∑(xi,yj)∈DP{X=xi,Y=yj}
- 边缘分布律
P{X=xi}P{Y=yj}=P{X=xi,Y<+∞}=j=1∑∞P{X=xi,Y=yj}=j=1∑∞pij≜pi⋅i=1,2,⋯=P{X<+∞,Y=yj}=i=1∑∞P{X=xi,Y=yj}=i=1∑∞pij≜p⋅jj=1,2,⋯
- 注 联合分布律 →↚ 边缘分布律
- 条件分布律
- 若 P{X=xi}=pi⋅>0,则 P{Y=yj∣X=xi}=P{X=xi}P{X=xi,Y=yj}=pi⋅pij 或 Y∣X=xi∼(y1pi⋅pi1y2pi⋅pi2⋯⋯yjpi⋅pij⋯⋯) 称为 X=xi 条件下,Y 的分布律
- 若 P{Y=yj}=p⋅j>0,则 P{X=xi∣Y=yj}=P{Y=yj}P{X=xi,Y=yj}=p⋅jpij 或 X∣Y=yj∼(x1p⋅jp1jx2p⋅jp2j⋯⋯xjp⋅jpij⋯⋯) 称为 Y=yj 条件下,X 的分布律
例题
- 已知随机变量 X,Y 同分布,X∼(041143),且 P{XY=1}=83,则 P{X+Y≤1}=
∵∴∵∴∴∴X,Y同分布Y∼(041143)P{X+Y≤1}=1−P{X=1,Y=1}=83P{X=1,Y=1}=85X=0X=1Y=0818141Y=18185434143P{X+Y≤1}=1−P{X+Y>1}=1−P{X=1,Y=1}=83
二维连续型随机变量
- 定义 若 (X,Y) 的联合分布函数:
F(x,y)=P{X≤x,Y≤y}=∫−∞x∫−∞yf(u,v)⋅dudv
- 其中 f(x,y) 非负可积,称 (X,Y) 为二维连续型随机变量,f(x,y) 为密度函数
- 注 F(x,y)必处处连续,∂x∂y∂2F(x,y)=f(x,y)
- f(x,y) 为密度 ⇔ ⎩⎨⎧f(x,y)≤0∫−∞+∞∫−∞+∞f(x,y)⋅dxdy=1
- 且f(x,y)不唯一,边界可忽略
- (X,Y) 取 f(x,y)>0 的 (x,y)
- 求概率
P{(X,Y)∈D}=D∬f(x,y)⋅dσ
- 边缘密度
fX(x)=∫−∞+∞f(x,y)⋅dyfY(y)=∫−∞+∞f(x,y)⋅dx
- 条件密度
- fX(x)=0 时,称 fY∣X(y∣x)=fX(x)f(x,y) 为 X=x (fX(x)>0) 的条件下,Y 的密度
- fY(y)=0 时,称 fX∣Y(x∣y)=fY(y)f(x,y) 为 Y=y (fY(y)>0) 的条件下,X 的密度
- 注 ∫−∞+∞fY∣X(y∣x)⋅dy=∫−∞+∞fX(x)f(x,y)⋅dy=fX(x)fX(x)=1
例题
- 设二维随机变量 (X,Y) 的概率密度函数为 f(x,y)={k(6−x−y),0,0<x<2,2<y<4其他,求:
- 常数 k
- P{X<1.5}
- P{X+Y≤4}
- (X,Y) 的联合分布函数值 F(1,5)
∵∴∴∵∴∵∴∵∴∫−∞+∞∫−∞+∞f(x,y)⋅dxdy=1∫02dx∫24f(x,y)⋅dy=∫02k(6−2x)⋅dx=k(6x−x2)∣02=1k=81P{X<1.5}=P{0<X<1.5,2<Y<4}P{X<1.5}=∫01.5dx∫24f(x,y)⋅dx=81(6x−x2)∣01.5=3227P{X+Y≤4}=x+y≤4∬f(x,y)⋅dσ=∫02dx∫24−xf(x,y)⋅dyP{X+Y≤4}=32F(1,5)=P{X≤1,Y≤5}=P{0<X<1,2<Y<4}F(1,5)=∫01dx∫24f(x,y)⋅dy=85
Fig.1 - 例1.3的积分范围
- 设二维随机变量 (X,Y) 的概率密度为 f(x,y)={6,0,0<x<1,x2<y<x其他,求 fX(x) 和 fY(y)
Fig.1 - 例2的概率密度的范围
∵∴fX(x)=∫−∞+∞f(x,y)⋅dy=∫x2xf(x,y)⋅dxfY(y)=∫−∞+∞f(x,y)⋅dx=∫yyf(x,y)⋅dxf(x,y)={6,0,0<x<1,x2<y<x其他fX(x)={6(x−x2),0,0<x<1其他fY(y)={6(y−y),0,0<y<1其他
- 设二维随机变量 (X,Y) 的概率密度为 f(x,y)={6,0,0<x<1,x2<y<x其他,求 fX∣Y(x∣y) 和 fY∣X(y∣x)
∵∴fX∣Y(x∣y)=fY(y)f(x,y);fY∣X(y∣x)=fX(x)f(x,y)fX∣Y(x∣y)={y−y1,0,y<x<y其他fY∣X(y∣x)={x−x210,x2<y<x其他
补充 离连型二维随机变量
例 设 X∼(131231331),在 X=i,(i=1,2,3) 的条件下,Y∼U(0,i),求 P{Y≤1}
分析 由题可得图
graph LR;
id1(start);
id2.1(X1);
id2.2(X2);
id2.3(X3);
id3(Y);
id1 --1/3--> id2.1 --"U(0,1)"--> id3
id1 --1/3--> id2.2 --"U(0,2)"--> id3
id1 --1/3--> id2.3 --"U(0,3)"--> id3
∴P{Y≤1}=i=1∑3P{X=i}P{Y≤1∣X=i}=i=1∑331i1=1811
- 注 碰到离连型随机变量求概率,总是视==离散型的取值情况为完备事件组==,使用==全概率公式求解==