乐湖华研题库
学生教师

例 2.7.3

medium一级题目发布者: ai-batch

题干

标准正态分布 N(0,1)N(0,1)N(0,1) 的 ppp 分位数记为 upu_pup​,它是方程 Φ(up)=p\Phi(u_p) = pΦ(up​)=p 的唯一解,即 up=Φ−1(p)u_p = \Phi^{-1}(p)up​=Φ−1(p)。试述 upu_pup​ 的性质,并推导一般正态分布 N(μ,σ2)N(\mu, \sigma^2)N(μ,σ2) 的 ppp 分位数 xpx_pxp​ 与 upu_pup​ 的关系式。最后,求正态分布 N(10,22)N(10, 2^2)N(10,22) 的 0.9750.9750.975 分位数。

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解析

由于标准正态分布的密度函数是偶函数,故其分位数有如下性质:

  • 当 p<0.5p < 0.5p<0.5 时,up<0u_p < 0up​<0。
  • 当 p>0.5p > 0.5p>0.5 时,up>0u_p > 0up​>0。
  • 当 p=0.5p = 0.5p=0.5 时,u0.5=0u_{0.5} = 0u0.5​=0。
  • 当 p1<p2p_1 < p_2p1​<p2​ 时,up1<up2u_{p_1} < u_{p_2}up1​​<up2​​。
  • 对任意的 ppp,有 up=−u1−pu_p = -u_{1-p}up​=−u1−p​,如 u0.001=−u0.999=−3.090u_{0.001} = -u_{0.999} = -3.090u0.001​=−u0.999​=−3.090。

常用的标准正态分布 ppp 分位数如下表:

ppp0.9990.9950.9900.9750.9500.9000.8500.800
upu_pup​3.0902.5762.3261.9601.6451.2821.0370.842

又由定理 2.5.1 可知:一般正态分布 N(μ,σ2)N(\mu, \sigma^2)N(μ,σ2) 的 ppp 分位数 xpx_pxp​ 是方程

Φ ⁣(xp−μσ)=p\Phi\!\left(\frac{x_p - \mu}{\sigma}\right) = pΦ(σxp​−μ​)=p

的解,所以由

xp−μσ=up\frac{x_p - \mu}{\sigma} = u_pσxp​−μ​=up​

可得 xpx_pxp​ 与 upu_pup​ 的关系式

xp=μ+σup.x_p = \mu + \sigma u_p.xp​=μ+σup​.

譬如正态分布 N(10,22)N(10, 2^2)N(10,22) 的 0.9750.9750.975 分位数为

x0.975=10+2×u0.975=10+2×1.96=13.92.x_{0.975} = 10 + 2 \times u_{0.975} = 10 + 2 \times 1.96 = 13.92.x0.975​=10+2×u0.975​=10+2×1.96=13.92.

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