第三章多维随机变量及分布精选文档.ppt
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1、第三章多维随机变量及分布本讲稿第一页,共六十页3.1 3.1 二维随机变量及其分布二维随机变量及其分布1 1、二维随机变量、二维随机变量 设设S=e是随机试验是随机试验E的样本空间,的样本空间,X=X(e),Y=Y(e)是定是定义在义在S上的随机变量,则由它们构成的一个二维向量上的随机变量,则由它们构成的一个二维向量(X,Y)称为称为二维随机变量或二维随机向量。二维随机变量或二维随机向量。二维随机变量二维随机变量(X,Y)的性质不仅与的性质不仅与X及及Y有关,而且还依赖有关,而且还依赖于这两个随机变量的相互关系。因此,单独讨论于这两个随机变量的相互关系。因此,单独讨论X和和Y的性质的性质是不够
2、的,需要把是不够的,需要把(X,Y)作为一个整体来讨论。随机变量作为一个整体来讨论。随机变量X常称为一维随机变量。常称为一维随机变量。一、二维随机变量及其分布函数一、二维随机变量及其分布函数本讲稿第二页,共六十页 定义定义3.13.1 设设(X,Y)是二维随机变量,二元实值函是二维随机变量,二元实值函数数F(x,y)=P(X xY y)=P(X x,Y y)x(-,+),y(-,+)称为二维随机变量称为二维随机变量(X,Y)的的分布函数分布函数,或称为或称为 X与与Y的联合分布函数。的联合分布函数。即即F(x,y)为事件为事件X x与与Y y同时发生的概率。同时发生的概率。2 2、二维随机变量
3、的联合分布函数、二维随机变量的联合分布函数本讲稿第三页,共六十页几何意义:几何意义:若把二维随机变量若把二维随机变量(X,Y)看成平面上随机点的坐标,则看成平面上随机点的坐标,则分布函数分布函数F(x,y)在在(x,y)处的函数值处的函数值F(x0,y0)就表示随就表示随机点机点(X,Y)落在区域落在区域 -X x0,-Y y0中的概率。如图阴影部分:中的概率。如图阴影部分:(x0,y0)xyO本讲稿第四页,共六十页 对于对于(x1,y1),(x2,y2)R2,(x1 x2,y1y2),则随机点,则随机点(X,Y)落在矩形区域落在矩形区域x1X x2,y1Y y2内的概率可用分布函内的概率可用
4、分布函数表示为数表示为P(x1X x2,y1Y y2)F(x2,y2)F(x1,y2)F(x2,y1)F(x1,y1)(x1,y1)(x2,y2)O x1 x2 xy1y2y本讲稿第五页,共六十页分布函数分布函数F(x,y)具有如下性质:具有如下性质:(1)对任意对任意(x,y)R2,0 F(x,y)1。(2)F(x,y)是变量是变量x或或y的非降函数,即的非降函数,即 对任意对任意y R,当当x1x2时,时,F(x1,y)F(x2,y);对任意对任意x R,当当y1y2时,时,F(x,y1)F(x,y2)。(3)本讲稿第六页,共六十页(4)函数函数F(x,y)关于关于x是右连续的,关于是右连
5、续的,关于y也也是右连续的,即是右连续的,即对任意对任意x R,y R,有,有(5)对于任意对于任意(x1,y1),(x2,y2)R2,(x1x2,y12)解解 (1)由联合分布函数性质由联合分布函数性质2可知可知解得解得(2)(3)(3)由由X的分布函数可得的分布函数可得故故本讲稿第十页,共六十页练习练习 .已知已知(X,Y)(X,Y)的分布函数为的分布函数为 求求F FX X(x)(x)与与F FY Y(y)(y)。本讲稿第十一页,共六十页二、二维离散型随机变量及其分布二、二维离散型随机变量及其分布1、二维离散型随机变量、二维离散型随机变量 若二维随机变量若二维随机变量(X,Y)的所有可能
6、取值是有限多对或可列的所有可能取值是有限多对或可列无限多对,则称无限多对,则称(X,Y)是二维离散型随机变量。是二维离散型随机变量。2、联合分布律、联合分布律 设设(X,Y)是二维离散型随机变量,其所有可能取值为是二维离散型随机变量,其所有可能取值为 (xi,yj),i=1,2,,j=1,2,若若(X,Y)取数对取数对(xi,yj)的概率的概率P(X=xi,Y=yj)=pij,满足,满足 (1)pij0;(2)则称则称P(X=xi,Y=yi)=pij,i=1,2,,j=1,2,为二维离散型随机变量为二维离散型随机变量(X,Y)的分布律的分布律 或或随机变量随机变量X与与Y的联合分布律的联合分布
7、律律律本讲稿第十二页,共六十页二维离散型随机变量的联合分布律也可用表格形二维离散型随机变量的联合分布律也可用表格形式表示为:式表示为:YXy1y2.yj.x1p11p12.p1j.x2p21p22.p2j.xipi1pi2.pij.本讲稿第十三页,共六十页例例3.3 3.3 设袋中有设袋中有a+b个球,个球,a只红球,只红球,b只白球。今从中任取一球,观察其只白球。今从中任取一球,观察其颜色后将球放回袋中,并再加入与所取的球相同颜色的球颜色后将球放回袋中,并再加入与所取的球相同颜色的球c只,然后再从袋只,然后再从袋中任取一球,设中任取一球,设 求二维随机变量求二维随机变量(X,Y)的分布律。的
8、分布律。解解 X的可能取值为的可能取值为0,1,Y的可能取值为的可能取值为0,1。本讲稿第十四页,共六十页二维离散型随机变量的边缘分布律二维离散型随机变量的边缘分布律由由(X,Y)的联合分布律的联合分布律P(Xxi,Yyjpij,i,j1,2,i1,2,j1,2,其中其中pi.和和p.j分别为表示分别为表示的记号。的记号。它们分别是事件它们分别是事件(X=xi)和和(Y=yj)的概率,且有的概率,且有pi.0,p.j0,本讲稿第十五页,共六十页称称P(Xxi)pi.,(i1,2,)为二维随机变量为二维随机变量(X,Y)关于关于X的的边缘分布律边缘分布律;称称P(Yyj)p.j,(j1,2,)为
9、二维随机变量为二维随机变量(X,Y)关于关于Y的的边缘分布律边缘分布律。以表格形式表示为以表格形式表示为YXy1y2yjP(X=xi)x1p11p12p1jx2p21p22p1jxipi1pi1pijP(Y=yj)1本讲稿第十六页,共六十页例例3.63.6 设随机变量设随机变量(r.v.)X在在1,2,3,4四个整数中等可能地取值,另四个整数中等可能地取值,另一个一个r.v.在在1至至X中等可能地取一整数值,试求中等可能地取一整数值,试求(X,Y)的联合分布律和边的联合分布律和边缘分布律。缘分布律。解解 事件事件(X=i,Y=j)中中i的取值为的取值为1、2、3、4,而,而j取不大于取不大于i
10、的整数,因此的整数,因此i=1,2,3,4,jii=1,2,3,4j=1,2,3,4YX1234pi11/40001/421/81/8001/431/121/121/1201/441/161/161/161/161/4pj25/4813/487/483/48X和和Y的边缘分布律分别为的边缘分布律分别为X1234P1/41/41/41/4Y1234P25/4813/487/483/48本讲稿第十七页,共六十页注意:注意:联合分布律可以确定边缘分布律,而边缘分布律联合分布律可以确定边缘分布律,而边缘分布律不一定能确定联合分布律。不一定能确定联合分布律。本讲稿第十八页,共六十页二维连续型随机变量及其
11、概率密度二维连续型随机变量及其概率密度1、定义、定义 设二维随机变量设二维随机变量(X,Y)的分布函数为的分布函数为F(x,y),若,若存在非负可积函数存在非负可积函数f(x,y),使对任意实数,使对任意实数x,y,有,有 则称则称(X,Y)为二维连续型随机变量,且称函数为二维连续型随机变量,且称函数f(x,y)为二维随机变量为二维随机变量(X,Y)的密度函数的密度函数(概率密度概率密度),或,或X与与Y的的联合概率密度联合概率密度(联合密度函数联合密度函数)可记为可记为 (X,Y)f(x,y),(x,y)R2本讲稿第十九页,共六十页2、联合密度、联合密度f(x,y)的性质的性质(1)非负性:
12、非负性:f(x,y)0,(x,y)R2;(2)归一性:归一性:(3)若若f(x,y)在在(x0,y0)处连续,则有处连续,则有事实上事实上本讲稿第二十页,共六十页(4)设设G是平面上一个区域,则二维连续型随机变量是平面上一个区域,则二维连续型随机变量(X,Y)落在落在G内的概率是概率密度函数内的概率是概率密度函数f(x,y)在在G上的积分,上的积分,即即 本讲稿第二十一页,共六十页例例3.73.7 设二维随机变量设二维随机变量(X,Y)的联合概率密度函数为的联合概率密度函数为(1)求常数求常数k;(2)求概率求概率P(X+Y1)。解解 (1)解得解得k=15O 1 x1yy=xx+y=1(2)
13、本讲稿第二十二页,共六十页练习:练习:设二维随机变设二维随机变(X,Y)量具有概率密度量具有概率密度(1)确定常数确定常数C;(2)求概率求概率P(XY)。O xy=x2y=xy解解 (1)(2)确定积分区域确定积分区域本讲稿第二十三页,共六十页二维连续型随机变量的边缘密度函数二维连续型随机变量的边缘密度函数 设设(X,Y)是二维连续型随机变量,联合密度为是二维连续型随机变量,联合密度为f(x,y),此时,此时X、Y也是连续型随机变量,也是连续型随机变量,称称X的密度函数的密度函数fX(x)为为(X,Y)关于关于X的边缘密度函数,且有的边缘密度函数,且有 称称Y的密度函数的密度函数fY(y)为
14、为(X,Y)关于关于Y的边缘密度函数,且有的边缘密度函数,且有 本讲稿第二十四页,共六十页例例3.103.10 设二维随机变量设二维随机变量求边缘密度函数求边缘密度函数fX(x)和和fY(y)解解 当当0 x1时时,O 1 x y1y=x2y=x3当当x0或或x1时,时,fX(x)=0,所以,所以当当0y1时时,当当y0或或y1时,时,fY(y)=0,所以,所以本讲稿第二十五页,共六十页二维连续型随机变量的常用分布二维连续型随机变量的常用分布1、均匀分布、均匀分布设设G为为xoy平面上的有界区域,平面上的有界区域,G的面积为的面积为A,若二维随机,若二维随机变量变量(X,Y)的联合密度函数为的
15、联合密度函数为 则称二维随机变量则称二维随机变量(X,Y)在在G上服从均匀分布。上服从均匀分布。若若G1是是G 内内面积为面积为A1的子区域,则的子区域,则 即:此概率仅与即:此概率仅与G1的面积有关的面积有关(成正比成正比),而与,而与G1在在G内的位内的位置无关。置无关。本讲稿第二十六页,共六十页例例3.113.11 设设(X,Y)服从如图区域服从如图区域G上的上的均匀分布,均匀分布,(1)求求(X,Y)的概率密度;的概率密度;(2)求求P(Y2X);(3)求求F(0.5,0.5)。O 0.5 1 xG解解 (1)区域区域G的面积为的面积为1(2)G1y=2xy区域区域G1的面积为的面积为
16、1P(Y0、20|1,则称,则称(X,Y)服从参数为服从参数为 1,1,2,2,的二维正态分布,记为的二维正态分布,记为 2、正态分布、正态分布 若二维随机变量若二维随机变量(X,Y)的联合密度函数为的联合密度函数为本讲稿第二十八页,共六十页二维正态分布的重要性质二维正态分布的重要性质:若若(X,Y)服从二维正态分布,服从二维正态分布,则则同理可得同理可得由此性质看到,由此性质看到,(X,Y)的边缘分布都与的边缘分布都与 无关,说明无关,说明 不同,得到的二维正态分布也不同,但其不同,得到的二维正态分布也不同,但其边缘分布相同。因此边缘分布是不能唯一确定联合分布的,即使边缘分布相同。因此边缘分
17、布是不能唯一确定联合分布的,即使X,Y都是服从正态分布的随都是服从正态分布的随机变量,机变量,(X,Y)不一定是服从二维正态分布。不一定是服从二维正态分布。二维正态分布的边缘分布必为一维正态分布,反之不真。二维正态分布的边缘分布必为一维正态分布,反之不真。本讲稿第二十九页,共六十页分布函数的概念可推广到分布函数的概念可推广到n维随机变量的情形。维随机变量的情形。事实上,对事实上,对n维随机变量维随机变量(X1,X2,Xn),F(x1,x2,xn)P(X1 x1,X2 x2,Xn xn)称为的称为的n维随机变量维随机变量(X1,X2,Xn)的分布函数,的分布函数,或随机变量或随机变量X1,X2,
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- 第三 多维 随机变量 分布 精选 文档
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