题目
Problem
The continuous random variable X has probability density function
f(x)=⎩⎨⎧41x−641x300⩽x⩽4otherwise
(a) Show that the median of X is 2.165 to 3 decimal places.
(5)
The continuous random variable Y has probability density function
f(y)=⎩⎨⎧2554y301⩽y⩽4otherwise
(b) Show that Var(Y1)=722566
(Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.)
(5)
(c) Hence find Var(4−Y5)
(2)
(Total for Question 7 is 12 marks)
题目中文翻译
连续随机变量 X 的概率密度函数为
f(x)=⎩⎨⎧41x−641x300⩽x⩽4otherwise
(a) 证明 X 的中位数为 2.165(保留 3 位小数)。
连续随机变量 Y 的概率密度函数为
f(y)=⎩⎨⎧2554y301⩽y⩽4otherwise
(b) 证明 Var(Y1)=722566。
(c) 由此求 Var(4−Y5)。
(第 7 题共 12 分)
解答
(a)
解法一
思路
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设中位数为 m。连续分布的中位数满足 P(X≤m)=1/2,所以从 0 到 m 积分密度并令结果等于 1/2。所得方程可视为关于 m2 的二次方程;再根据支撑范围 0≤m≤4 舍去不合适的根。
答题过程
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Let the median be m. Then
∫0m(4x−64x3)dx=21.
Therefore,
[8x2−256x4]0m=8m2−256m4=m4−32m2+128=21210.
Treating this as a quadratic in m2 gives
m2=16±128.
Since 0≤m≤4, we require m2≤16. Hence,
m===16−1282.16478…2.165(3 d.p.),
as required.
解法二
思路
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官方评分资料也允许通过三位小数的舍入边界验证结果。计算 F(2.1645) 与 F(2.1655);若 0.5 落在两者之间,中位数就必定舍入为 2.165。
答题过程
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For 0≤x≤4,
F(x)=8x2−256x4.
At the two rounding boundaries,
F(2.1645)=0.499891…<0.5
and
F(2.1655)=0.500273…>0.5.
Since F is increasing on the support, the median lies between 2.1645 and 2.1655. Therefore, it is
2.165to 3 decimal places.
(b)
解法一
思路
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要计算 Var(1/Y),分别按连续随机变量期望公式求 E(1/Y) 和 E(1/Y2),再使用 Var(1/Y)=E(1/Y2)−[E(1/Y)]2。保留精确分数即可自然得到题目所给结果。
答题过程
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First,
E(Y1)=====∫14y1(2554y3)dy2554∫14y2dy2554[3y3]142554(363)8528.
Similarly,
E(Y21)=====∫14y21(2554y3)dy2554∫14ydy2554[2y2]142554(215)172.
Therefore,
Var(Y1)====E(Y21)−[E(Y1)]2172−(8528)27225850−784722566,
as required.
(c)
解法一
思路
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承接 (b),使用方差的线性变换性质 Var(a+bZ)=b2Var(Z)。常数 4 不影响方差,而系数 −5 会使方差乘以 25。
答题过程
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Using the result from part (b),
Var(4−Y5)====(−5)2Var(Y1)25(722566)289660.228(3 s.f.).