题目
Problem
The continuous random variable Y has cumulative distribution function given by
F(y)=⎩⎨⎧0,y<0,21y2,0⩽y⩽k,152(6y−2y2)−57,k<y⩽6,1,y>6.
(a) Find
P(Y<4k∣Y<k)
(2)
(b) Find the value of k
(4)
(c) Use algebraic calculus to find E(Y)
(6)
(Total for Question 6 is 12 marks)
题目中文翻译
连续随机变量 Y 的累积分布函数为
F(y)=⎩⎨⎧0,y<0,21y2,0⩽y⩽k,152(6y−2y2)−57,k<y⩽6,1,y>6.
(a) 求
P(Y<4k∣Y<k).
(2)
(b) 求 k 的值。
(4)
(c) 使用代数微积分求 E(Y)。
(6)
(第 6 题共 12 分)
解答
(a)
解法一
思路
展开
由于 k/4<k,条件概率的分子就是 P(Y<k/4)。这两个概率都由 CDF 的同一段 F(y)=y2/21 给出,作比后 k 会约去。
答题过程
展开
Since k/4<k,
P(Y<4k∣Y<k)=F(k)F(k/4)=k2/21(k/4)2/21=161.
(b)
解法一
思路
展开
Y 是连续型随机变量,因此其累积分布函数连续,在分段点 y=k 处左右两段取值相等。建立方程后清除分母,所得二次式恰好是完全平方,从而唯一确定 k。
答题过程
展开
Since Y is continuous, its cumulative distribution function is continuous at y=k. Hence
21k2=152(6k−2k2)−57.
Multiplying by 105 and simplifying,
5k2=84k−7k2−147,12k2−84k+147=0,4k2−28k+49=0,(2k−7)2=0.
Therefore,
k=27.
解法二
思路
展开
本题还可以先令两段累积函数的斜率相等,得到一个候选衔接点,再代回原来的两段函数确认其取值相等。这样只需求解一次方程;这里并不是把“所有概率密度函数都连续”当作一般性质。
答题过程
展开
Differentiating the two non-constant expressions gives
dyd(21y2)=212y
and
dyd[152(6y−2y2)−57]=152(6−y).
Equating the two slopes gives a candidate joining point:
212k=15k=15k=36k=k=152(6−k),21(6−k),126−21k,126,27.
At this value, the first expression gives
21(7/2)2=127,
and the second gives
152(6⋅27−2(7/2)2)−57=152⋅8119−57=60119−6084=127.
The two expressions agree, confirming the continuous join. Therefore,
k=27.
(c)
解法一
思路
展开
先对 CDF 的两个非恒定分段求导,得到概率密度函数。再把 E(Y)=∫yf(y)dy 按分段点 k=7/2 拆成两个积分,保留代数计算过程并化成精确分数。
答题过程
展开
Differentiating the cumulative distribution function gives
f(y)=⎩⎨⎧212y,0<y⩽27,152(6−y),27<y⩽6,0,otherwise.
Therefore,
E(Y)=212∫07/2y2dy+152∫7/26(6y−y2)dy=212[3y3]07/2+152[3y2−3y3]7/26.
Substituting the limits in the two terms separately,
212[3y3]07/2=212(24343−0)=3649.
152[3y2−3y3]7/26=152[(108−72)−(4147−24343)]=152(36−24539)=152(24325)=3665.
Therefore,
E(Y)=3649+3665=36114=619.
Thus E(Y)≈3.17 to 3 significant figures.