Section05_由(X,Y)的分布,求Z=g(X,Y)的分布
(X,Y) 为二维离散型
计算方法
- P{X=xi,Y=yj}=pij,i,j=1,2,⋯,则 P{Z=g(xi,yj)}=pij,若 g(xi,yj) 有相同值,应合并
例题
- 随机变量 X,Y 的分布律如下所示,求Z=X+Y,Z=max{X,Y} 的分布律
X=0X=1Y=01/81/8Y=11/85/8
- 解
Z=X+Y∼(081141285)Z=max{X,Y}∼(081187)
(X,Y) 为二维连续型
三种情况
- (X,Y)∼f(x,y),则 Z=g(X,Y) 可能为
- 离散型 (求分布律)
- 连续型 (先求FZ(z),再求fZ(z))
- 混合型 (仅求FZ(z))
计算方法
分布函数法
FZ(z)=P{Z≤z}=P{g(X,Y)≤z}=g(x,y)≤z∬f(x,y)⋅dσ⇒fZ(z)
- ==Leibniz integral rule==
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dzd∫α(z)β(z)g(x,z)⋅dx=∫α(z)β(z)gz′(x,z)⋅dx+[g(β(z),z)β′(z)+g(α(z),z)α′(z)]
U=max{X,Y} 与 V=min{X,Y} 的分布
FU(x)=P{U≤x}=P{max(X,Y)≤x}=P{X≤x,Y≤x}若X,Y独立P{X≤x}P{Y≤x}=FX(x)FY(x)若X,Y同分布P{X≤x}P{X≤x}=FX2(x)FV(x)=P{V≤x}=P{min(X,Y)≤x}=1−P{X>x,Y>x}若X,Y独立1−[1−P{X≤x}][1−P{Y≤x}]=1−[1−FX(x)][1−FY(x)]若X,Y同分布1−[1−FX(x)]2
例题
- 设连续型随机变量 (X,Y) 的概率密度为 f(x,y)={1,0,0≤x≤1,0≤y≤1其他,求
- Z=X+Y 的概率密度 fZ(z)
- Z=∣X−Y∣ 的概率密度 fZ(z)
Fig.1.1 - 例1.1的积分范围
∵∴∴∴FZ(z)=P{Z≤z}=P{X+Y≤z},z∈RX∈(0,1),Y∈(0,1)Z=X+Y∈(0,2)z<0时, FZ(z)=00≤z<1时, FZ(z)=x+y<z∬f(x,y)⋅dσ=∫0zdx∫0z−x1⋅dy1≤z<2时, FZ(z)=x+y<z∬f(x,y)⋅dσ=1−∫z−11dx∫z−x11⋅dyfZ(z)=⎩⎨⎧z,2−z,0,0<z<11<z<2其他
Fig.1.2 - 例1.2的积分范围
∵∴∴∴FZ(z)=P{Z≤z}=P{∣X−Y∣≤z}=P{−z≤X−Y≤z}z∈RX∈(0,1),Y∈(0,1)Z=∣X−Y∣∈(0,1)z<0时,FZ(z)=00<z<1时, FZ(z)=∣X+Y∣<z∬f(x,y)⋅dσ=1−x−y>z∬f(x,y)⋅dσ−y−x>z∬f(x,y)⋅dσ=1−∫z1dx∫0x−z1⋅dy−∫z1dy∫0y−z1⋅dx=1−2∫z1dx∫0x−z1⋅dyz>1时, FZ(z)=1fZ(z)={2(1−z),0,0<z<1其他
- 设随机变量 X,Y 相互独立,且 X∼N(0,1),Y∼N(0,1),求 Z=X+Y 的密度函数 fZ(z)
Fig.2 - 例2的积分范围
∵∴∴∵∴∵∴∴∴P{Z≤z}=P{X+Y≤z}z∈RX∼N(0,1),Y∼N(0,1)X∈(−∞,+∞),Y∈(−∞,+∞)Z=X+Y∈(−∞,+∞)X,Y独立f(x,y)=fX(x)fY(y)=2π1e−2x2+y2FZ(z)=x+y≤z∬f(x,y)⋅dσFZ(z)=∫−∞+∞dx∫−∞z−x2π1e−2x2+y2⋅dyfZ(z)=∫−∞+∞2π1e−2x2+(z−x)2⋅dx=∫−∞+∞2π1e−22x2−2zx+z2⋅dx=e−221z2∫−∞+∞2π1e22(x−21z)2=π21e−4z2∫−∞+∞2π211e−2×21(x−21z)2=2π21e−2×22z2Z∼N(0,2)
- ==注== 一般地 X∼N(μ1,σ12),Y∼N(μ2,σ22),X,Y 独立,则 Z=aX+bY+c∼N(aμ1+bμ2+c,a2σ12+b2σ22)
- 设 X,Y 相互独立,且 X∼E(1),Y∼E(2),求 Z=min{X,Y} 的概率密度 fZ(x)
∵∴∵∵∴∴∴X∼E(1),Y∼E(2)fX(x)={e−x,0,x>0x≤0fY(y)={2e−2y,0,y>0y≤0FZ(x)=P{Z≤x}=P{min(X,Y)≤x}=1−P{X>x,Y>x}X,Y独立FZ(z)=1−[1−FX(x)][1−FY(x)]=1−e−xe−2x=1−e−3xfZ(x)={3e−3x,0,x>0x≤0Z∼E(3)
- ==注== 一般地 X∼E(λ1),Y∼E(λ2),且 X,Y 独立,则 Z=min{X,Y}∼E(λ1+λ2)