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学生教师

例 3.2.1

easy一级题目发布者: ai-batch

题干

设二维随机变量 (X,Y)(X, Y)(X,Y) 的联合分布函数为

F(x,y)={1−e−x−e−y+e−x−y−λxy,x>0,  y>0,0,其他.F(x, y) = \begin{cases} 1 - e^{-x} - e^{-y} + e^{-x - y - \lambda xy}, & x > 0,\; y > 0, \\ 0, & \text{其他}. \end{cases}F(x,y)={1−e−x−e−y+e−x−y−λxy,0,​x>0,y>0,其他.​

其中参数 λ>0\lambda > 0λ>0。此分布被称为二维指数分布。

试求 XXX 与 YYY 的边际分布函数 FX(x)F_X(x)FX​(x) 和 FY(y)F_Y(y)FY​(y),并说明边际分布与参数 λ\lambdaλ 的关系。

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解析

由边际分布函数的定义,令 y→+∞y \to +\inftyy→+∞,得

FX(x)=F(x,+∞)=lim⁡y→+∞F(x,y).F_X(x) = F(x, +\infty) = \lim_{y \to +\infty} F(x, y).FX​(x)=F(x,+∞)=y→+∞lim​F(x,y).

当 x>0x > 0x>0 时,

FX(x)=lim⁡y→+∞(1−e−x−e−y+e−x−y−λxy)=1−e−x−0+0=1−e−x.F_X(x) = \lim_{y \to +\infty} \bigl(1 - e^{-x} - e^{-y} + e^{-x - y - \lambda xy}\bigr) = 1 - e^{-x} - 0 + 0 = 1 - e^{-x}.FX​(x)=y→+∞lim​(1−e−x−e−y+e−x−y−λxy)=1−e−x−0+0=1−e−x.

当 x⩽0x \leqslant 0x⩽0 时,FX(x)=0F_X(x) = 0FX​(x)=0。因此

FX(x)={1−e−x,x>0,0,x⩽0.F_X(x) = \begin{cases} 1 - e^{-x}, & x > 0, \\ 0, & x \leqslant 0. \end{cases}FX​(x)={1−e−x,0,​x>0,x⩽0.​

类似地,令 x→+∞x \to +\inftyx→+∞,得

FY(y)=F(+∞,y)=lim⁡x→+∞F(x,y).F_Y(y) = F(+\infty, y) = \lim_{x \to +\infty} F(x, y).FY​(y)=F(+∞,y)=x→+∞lim​F(x,y).

当 y>0y > 0y>0 时,

FY(y)=lim⁡x→+∞(1−e−x−e−y+e−x−y−λxy)=1−0−e−y+0=1−e−y.F_Y(y) = \lim_{x \to +\infty} \bigl(1 - e^{-x} - e^{-y} + e^{-x - y - \lambda xy}\bigr) = 1 - 0 - e^{-y} + 0 = 1 - e^{-y}.FY​(y)=x→+∞lim​(1−e−x−e−y+e−x−y−λxy)=1−0−e−y+0=1−e−y.

当 y⩽0y \leqslant 0y⩽0 时,FY(y)=0F_Y(y) = 0FY​(y)=0。因此

FY(y)={1−e−y,y>0,0,y⩽0.F_Y(y) = \begin{cases} 1 - e^{-y}, & y > 0, \\ 0, & y \leqslant 0. \end{cases}FY​(y)={1−e−y,0,​y>0,y⩽0.​

FX(x)F_X(x)FX​(x) 和 FY(y)F_Y(y)FY​(y) 都是参数为 1 的一维指数分布的分布函数。不同的 λ>0\lambda > 0λ>0 对应不同的二维指数分布,但它们的两个边际分布与参数 λ>0\lambda > 0λ>0 无关。这说明:二维联合分布不仅包含每个分量的概率分布,而且还含有两个变量 XXX 与 YYY 间关系的信息,这正是人们要研究多维随机变量的原因。

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