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CIE 9231 2023 June Paper 42 Q6

A Level / CIE / FS

CIE 9231 2023 June Paper 42 Paper · Question 6

题目

Problem

The continuous random variable XX has probability density function f given by

f(x)={328(e12x+4e−12x),0≤x≤2ln⁡3,0,otherwise.f(x) = \begin{cases} \dfrac{3}{28}\big(e^{\frac{1}{2}x} + 4e^{-\frac{1}{2}x}\big), & 0 \leq x \leq 2\ln 3,\\ 0, & \text{otherwise.} \end{cases}

(a) Find the cumulative distribution function of XX.

[3]

The random variable YY is defined by Y=e12XY = e^{\frac{1}{2}X}.

(b) Find the probability density function of YY.

[3]

(c) Find the 30th percentile of YY.

[3]

(d) Find E(Y4)\mathrm{E}(Y^4).

[2]
题目中文翻译

连续随机变量 XX 的概率密度函数 f 定义如下:

f(x)={328(e12x+4e−12x),0≤x≤2ln⁡3,0,otherwise.f(x) = \begin{cases} \dfrac{3}{28}\big(e^{\frac{1}{2}x} + 4e^{-\frac{1}{2}x}\big), & 0 \leq x \leq 2\ln 3,\\ 0, & \text{otherwise.} \end{cases}

(a) 求 XX 的累积分布函数。

(3)

随机变量 YY 定义为 Y=e12XY = e^{\frac{1}{2}X}。

(b) 求 YY 的概率密度函数。

(3)

(c) 求 YY 的第 30 百分位数。

(3)

(d) 求 E(Y4)\mathrm{E}(Y^4)。

(2)
原卷通用作答要求

Answer all questions. You should use a calculator where appropriate.

You must show all necessary working clearly; no marks will be given for unsupported answers from a calculator.

Give non-exact numerical answers correct to 3 significant figures, or 1 decimal place for angles in degrees, unless a different level of accuracy is specified in the question.

请回答所有题目。适当时应使用计算器。必须清楚展示所有必要的计算过程;仅给出计算器答案而没有过程,不予评分。除非题目另有精度要求,非精确数值答案保留 3 位有效数字,以度为单位的角度保留 1 位小数。

解答

(a)

解法一

思路

展开

在支撑区间上从 00 积分,注意负指数项积分时产生负号。

答题过程

展开

For 0≤x≤2ln⁡30\le x\le2\ln3,

 FX(x)= 328∫0x(eu/2+4e−u/2) du= 314[eu/2−4e−u/2]0x= 314(ex/2−4e−x/2+3).\begin{align*} &\,F_X(x)\\ =&\,\frac3{28}\int_0^x\bigl(\mathrm e^{u/2}+4\mathrm e^{-u/2}\bigr)\,\mathrm{d}u\\ =&\,\frac3{14}\big[\mathrm e^{u/2}-4\mathrm e^{-u/2}\big]_0^x\\ =&\,\frac3{14}\bigl(\mathrm e^{x/2}-4\mathrm e^{-x/2}+3\bigr). \end{align*}

The CDF is zero for x<0x<0, the displayed expression for 0≤x≤2ln⁡30\le x\le2\ln3, and one for x>2ln⁡3x>2\ln3.

(b)

解法一

思路

展开

指数变换递增。把 Y≤yY\le y 改写成 X≤2ln⁡yX\le2\ln y,再对新分布函数求导。

答题过程

展开

The support is [1,3][1,3]. For 1≤y≤31\le y\le3,

FY(y)=FX(2ln⁡y)=314(y−4y+3).F_Y(y)=F_X(2\ln y)=\frac3{14}\Big(y-\frac4y+3\Big).

The CDF is constant outside this interval. Therefore a density is

fY(y)={314(1+4/y2),1≤y≤3,0,otherwise.f_Y(y)= \begin{cases} \frac3{14}(1+4/y^2), & 1\le y\le3,\\ 0, & \text{otherwise}. \end{cases}

(c)

解法一

思路

展开

令新变量的累积概率为 0.30.3。乘以 yy 化成二次方程,并保留支撑区间内的根。

答题过程

展开

The percentile qq satisfies 314(q−4/q+3)=0.3\frac3{14}(q-4/q+3)=0.3. Multiplying out gives 5q2+8q−20=05q^2+8q-20=0. The root in [1,3][1,3] is

q=−4+2295≈1.35.q=\frac{-4+2\sqrt{29}}{5}\approx1.35.

(d)

解法一

思路

展开

用 y4y^4 乘 (b) 的密度,化成两项幂函数后在 [1,3][1,3] 积分。

答题过程

展开

The fourth moment is

 E⁡[Y4]= 314∫13(y4+4y2) dy= 314[y55+4y33]13= 895=17.8.\begin{align*} &\,\operatorname E[Y^4]\\ =&\,\frac3{14}\int_1^3(y^4+4y^2)\,\mathrm{d}y\\ =&\,\frac3{14}\Big[\frac{y^5}{5}+\frac{4y^3}{3}\Big]_1^3\\ =&\,\frac{89}{5}=17.8. \end{align*}