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学生教师

例 3.3.12

medium一级题目发布者: ai-batch

题干

设随机变量 XXX 与非负随机变量 YYY 相互独立,其密度函数分别为 pX(x)p_X(x)pX​(x) 和 pY(y)p_Y(y)pY​(y),则 U=X/YU=X/YU=X/Y 的密度函数为

pU(u)=∫0∞pX(uv)pY(v)vdv.(3.3.22)p_U(u)=\int_0^\infty p_X(uv)p_Y(v)v\mathrm{d}v. \tag{3.3.22}pU​(u)=∫0∞​pX​(uv)pY​(v)vdv.(3.3.22)
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解析

记 V=YV=YV=Y,因 V>0V>0V>0,故

{u=x/y,v=y\begin{cases} u=x/y,\\ v=y \end{cases}{u=x/y,v=y​

有唯一的反函数,为

{x=uv,y=v,\begin{cases} x=uv,\\ y=v, \end{cases}{x=uv,y=v,​

其雅可比行列式为

J=∣vu01∣=v,J= \begin{vmatrix} v & u\\ 0 & 1 \end{vmatrix} =v,J=​v0​u1​​=v,

所以 (U,V)(U,V)(U,V) 的联合密度函数为

p(u,v)=pX(uv)pY(v)∣J∣=pX(uv)pY(v)v.p(u,v)=p_X(uv)p_Y(v)|J|=p_X(uv)p_Y(v)v.p(u,v)=pX​(uv)pY​(v)∣J∣=pX​(uv)pY​(v)v.

对 p(u,v)p(u,v)p(u,v) 关于 vvv 积分,就可得 U=X/YU=X/YU=X/Y 的密度函数为 (3.3.22) 式。

在以上两个例子中,如果 XXX 与 YYY 不是相互独立的,则只需在 (3.3.21) 式和 (3.3.22) 式中将边际密度的乘积改写成联合密度即可。

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