Chapter3—多维随机变量及其分布

1. 二维随机变量及其分布函数

二维随机变量的定义:

S={e}为试验E的样本空间,X=X(e),Y=Y(e)是定义再S上的两个随机变量,则称有序组(X,Y)二维随机变量

二维随机变量的联合分布函数:


性质:

  • F(x,y)\in [0,1]
  • F(x,y)对于每个变量都是单调不减函数。
  • F(x,-\infty)=F(-\infty,y)=F(-\infty,-\infty)=0,F(+\infty,+\infty)
  • F(x,y)对每个自变量都是右连续的。
  • P(x_{1}< X\le x_{2},y_{1}< Y\le y_{2})=F(x_{2},y_{2})-F(x_{1},y_{2})-F(x_{2},y_{1})+F(x_{1},y_{1})

2. 二维离散型随机变量分布

3. 二维连续型随机变量分布

二维联合概率密度函数:


性质:

  • f(x,y)\ge 0
  • \int_{-\infty}^{\infty}\int_{-\infty}^{\infty}f(x,y)dxdy=1
  • P((X,Y)\in D)=\int\int_{D}f(x,y)dxdy.
  • f(x,y)在点(x,y)连续,则有
    \frac{\partial^{2}F(x,y)}{\partial x \partial y}=f(x,y)

常见的二维连续性随机变量的分布:

4. 边缘分布

边缘分布定义:

二维随机变量(X,Y)其分量XY也有自己的分布函数,记为F_{X}(x)F_{Y}(y),事实上:
\begin{split}&F_{x}(x)=P(X\le x)=P(X\le x, Y<+\infty)=F(x,+\infty)\\ &F_{Y}(y)=P(Y\le y)=P(X\le +\infty,Y\le y)=F(+\infty,y) \end{split}

二维离散型随机变量的边缘分布律:

二维连续型随机变量的边缘分布律:

边缘分布函数:

边缘概率密度函数:结合边缘分布函数推导

5. 二维随机变量的独立性

定义:

离散型随机变量的独立性:

连续性随机变量的独立性:

6. 二维随机变量函数的分布

问题:
(X,Y)是一个二维随机变量,z=g(x,y)是连续函数,则Z=g(X,Y)也是一个随机变量,如何求Z的概率分布呢?

离散型随机变量函数的分布:打表,相同的(X,Y)概率相加。

连续型随机变量函数的分布:

设二维连续性随机变量(X,Y)的概率密度为f(x,y),则随机变量Z=g(X,Y)的分布函数为
F_{Z}(z)=P(Z\le z)=P(g(X,Y) \le z)=\int\int_{g(x,y)\le z}f(x,y)dxdy由此可得Z=g(X,Y)的概率密度函数为
f_{Z}(z)=\frac{dF_{Z}(z)}{dz}=\frac{d}{dz}(\int\int_{g(x,y)\le z}f(x,y)dxdy)

常见的连续性随机变量函数分布:

  • Z=X+Y的分布:
    \begin{split}& f_{Z}(z)=\int_{-\infty}^{+\infty}f(z-y,y)dy=\int_{-\infty}^{+\infty}f(x,z-x)dx\end{split}XY独立时,有\begin{split}& f_{Z}(z)=\int_{-\infty}^{+\infty}f_{X}(x)f_{Y}(z-x)dx=\int_{-\infty}^{+\infty}f_{X}(Z-Y)f_{Y}(y)dy\end{split}正态分布的重要性质:
  • Z= \min(X_{1},X_{2},\cdots,X_{n})Z=\max(X_{1},X_{2},\cdots,X_{n})的分布:
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