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学生教师

例 3.3.11

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=XYU=XYU=XY 的密度函数为

pU(u)=∫0∞pX(uv)pY(v)1vdv.(3.3.21)p_U(u)=\int_0^\infty p_X\left(\frac{u}{v}\right)p_Y(v)\frac{1}{v}\mathrm{d}v. \tag{3.3.21}pU​(u)=∫0∞​pX​(vu​)pY​(v)v1​dv.(3.3.21)
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解析

记 V=YV=YV=Y,因 V>0V>0V>0,故

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

有唯一的反函数,为

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

其雅可比行列式为

J=∣1/v−u/v201∣=1v,J= \begin{vmatrix} 1/v & -u/v^2\\ 0 & 1 \end{vmatrix} =\frac{1}{v},J=​1/v0​−u/v21​​=v1​,

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)1v.p(u,v)=p_X\left(\frac{u}{v}\right)p_Y(v)|J| =p_X\left(\frac{u}{v}\right)p_Y(v)\frac{1}{v}.p(u,v)=pX​(vu​)pY​(v)∣J∣=pX​(vu​)pY​(v)v1​.

对 p(u,v)p(u,v)p(u,v) 关于 vvv 积分,就可得 U=XYU=XYU=XY 的密度函数为 (3.3.21) 式。

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