题目
Problem
The random variable X has probability density function f(x) where
f(x)=⎩⎨⎧81(x2+2x+1)−1⩽x<1411⩽x⩽3110otherwise
Given that E(X)=1831
(a) use algebraic integration to find Var(X)
(4)
(b) Calculate
P(X<−21)+P(X>21)
(4)
(Total for Question 6 is 8 marks)
题目中文翻译
随机变量 X 的概率密度函数 f(x) 为
f(x)=⎩⎨⎧81(x2+2x+1)−1⩽x<1411⩽x⩽3110otherwise
已知 E(X)=1831。
(a) 使用代数积分求 Var(X)。
(4)
(b) 计算
P(X<−21)+P(X>21)
(4)
(第 6 题共 8 分)
解答
(a)
解法一
思路
展开
先按概率密度函数的两个区间分别积分,求出 E(X2)。再用二阶矩减去均值的平方,得到方差。
答题过程
展开
Let the two contributions to E(X2) be A and B.
An antiderivative of x4+2x3+x2 is
G(x)=5x5+2x4+3x3.
A====81∫−11x2(x+1)2dx81[G(1)−G(−1)]81(51+21+31)−81(−51+21−31)152.
B====41∫111/3x2dx[12x3]111/3121(271331−1)81326.
Therefore,
E(X2)===A+B152+813264051684.
====Var(X)E(X2)−[E(X)]24051684−(1831)2162019311.19197…
Hence
Var(X)=1.19(3 s.f.).
(b)
解法一
思路
展开
把所求概率拆成左右两尾。左尾只涉及第一段密度;右尾跨过 x=1,所以需要按密度函数的分段点拆成两个积分,再把三部分相加。
答题过程
展开
For the lower tail,
===P(X<−21)∫−1−1/281(x+1)2dx[24(x+1)3]−1−1/21921.
For the upper tail,
====P(X>21)∫1/2181(x+1)2dx+∫111/341dx[24(x+1)3]1/21+[4x]111/319237+326455.
Thus,
===P(X<−21)+P(X>21)1921+645596830.865(3 s.f.).
解法二
思路
展开
两个尾部事件的补集是 −21⩽X⩽21。这个区间完全落在概率密度函数的第一段内,因此只需计算一个积分,再用 1 减去它。
答题过程
展开
Using the complementary event,
======P(X<−21)+P(X>21)1−P(−21⩽X⩽21)1−∫−1/21/281(x+1)2dx1−[24(x+1)3]−1/21/21−961396830.865(3 s.f.).
解法三
思路
展开
先求两个端点所在区间的累积分布函数。左尾是 F(−21),右尾是 1−F(21),相加即可;不需要求出所有区间的累积分布函数。
答题过程
展开
For −1⩽x<1,
F(x)===∫−1x81(t+1)2dt[24(t+1)3]−1x24(x+1)3.
Hence
F(−21)==F(21)==24(1/2)31921,24(3/2)3649.
Therefore,
====P(X<−21)+P(X>21)F(−21)+1−F(21)1921+1−64996830.865(3 s.f.).