题目
Problem
The discrete random variable X has the following probability distribution.
| x | −2 | −1 | 0 | 1 | 3 |
|---|
| P(X=x) | 0.15 | a | b | a | 0.4 |
(a) Find E(X).
(2)
Given that E(X2)=4.54
(b) find the value of a and the value of b.
(5)
The random variable Y=3−2X
(c) Find Var(Y).
(3)
解答
(a)
解法一
思路
展开
直接用期望公式,−a 和 +a 会抵消。
答题过程
展开
E(X)=(−2)(0.15)+(−1)a+0b+1a+3(0.4).
So
E(X)=−0.3+1.2=0.9.
(b)
解法一
思路
展开
先用 E(X2)=4.54 求 a,再用概率总和为 1 求 b。
答题过程
展开
E(X2)=(−2)2(0.15)+(−1)2a+12a+32(0.4).
Thus
E(X2)=0.6+2a+3.6=4.2+2a.
Given E(X2)=4.54,
4.2+2a=4.54.
So
a=0.17.
The probabilities sum to 1:
0.15+a+b+a+0.4=1.
Therefore
b=1−0.55−2(0.17)=0.11.
(c)
解法一
思路
展开
先求 Var(X)=E(X2)−[E(X)]2,再用 Var(3−2X)=4Var(X)。
答题过程
展开
Var(X)=4.54−(0.9)2=3.73.
Since Y=3−2X,
Var(Y)=(−2)2Var(X).
Therefore
Var(Y)=4(3.73)=14.92.
解法二
思路
展开
变量分布直接计算法(直接求 Y 的分布)。
对于随机变量的线性变换 Y=3−2X,除了套用方差线性性质公式 Var(aX+b)=a2Var(X) 之外,我们也可以直接建立 Y 的概率分布表,并直接计算其方差:
- 根据 X 的取值 xi=−2,−1,0,1,3,对应的 Y 取值为 yi=3−2xi,即 7,5,3,1,−3;
- 对应的概率保持不变。
由此得到 Y 的概率分布表后,可以直接套用期望和方差公式算得结果。这种方法更为直观,特别适合在想验证线性性质公式的正确性,或者题目要求列出新变量分布的情况下使用。
答题过程
展开
Find the probability distribution of Y=3−2X:
- For x=−2: y=3−2(−2)=7, with P(Y=7)=0.15
- For x=−1: y=3−2(−1)=5, with P(Y=5)=a=0.17
- For x=0: y=3−2(0)=3, with P(Y=3)=b=0.11
- For x=1: y=3−2(1)=1, with P(Y=1)=a=0.17
- For x=3: y=3−2(3)=−3, with P(Y=−3)=0.40
Thus, the probability distribution of Y is:
yP(Y=y)70.1550.1730.1110.17−30.40
Calculate the expectation E(Y):
E(Y)===7(0.15)+5(0.17)+3(0.11)+1(0.17)+(−3)(0.40)1.05+0.85+0.33+0.17−1.201.20.
Calculate the expectation of Y2, E(Y2):
E(Y2)====72(0.15)+52(0.17)+32(0.11)+12(0.17)+(−3)2(0.40)49(0.15)+25(0.17)+9(0.11)+1(0.17)+9(0.40)7.35+4.25+0.99+0.17+3.6016.36.
Therefore:
Var(Y)====E(Y2)−[E(Y)]216.36−1.2216.36−1.4414.92.