分布函数

分布函数


定义: 随机变量 X,对任意实数 x,称函数

F(x)=P(X\leq x)

X 的概率分布函数,简称分布函数

说明:

  • 任何随机变量都有相应的分布函数
  • F(x)的几何意义。
定义.jpg

F(x)=P(X\in (-\infty, x])


分布函数的用途


可以给出随机变量落入任意一个范围的可能性

X 的分布函数为 F(x)a,b 为两个实数, a<b,则

用途.jpg

P(a<X\leq b)=P(X\leq b)-P(X\leq a)=F(b)-F(a);

P(a<X<b)=P(a<X\leq b-0)=F(b-0)-F(a);

P(X=b)=P(X\leq b)-P(X<b)=F(b)-F(b-0).

P(a<X<b)=P(a<X\leq b)-P(X=b)


例 1: 一罐子中有 6 个大小形状一致的球,球号分别为 1,2,2,3,3,3. 现随机摸一球(假设摸到各球的可能性相同),用 X 表示摸到的球的球号。求 X 的分布函数。

解: 由题意知,X 的分布律为

\begin{array}{c|ccc} X&1&2&3 \\ \hline P& 1/6&1/3&1/2 \end{array}

例1 .jpg

那么 X 的分布函数为

F(x)=P(X\leq x)=\begin{cases} 0, & x<1; \\ 1/6, & 1\leq x<2; \\ 1/2, & 2\leq x<3; \\ 1, & x\geq 3; \end{cases}


一般地,离散型随机变量的分布函数为阶梯函数。

设离散型随机变量 X 的分布律为 P\{X=x_k\}=p_k,k=1,2,...

X 的分布函数为

F(x)=\sum_{x_k\geq x}p_k

F(x)x=x_k,(k=1,2,...) 处有跳跃,其跳跃值为 p_k=P\{X=x_k\}


例 2: 设随机变量 X 的分布函数如下,求 X 的分布律。

F(x)=\begin{cases} 0, & x<-1, \\ 0.2, & -1\leq x<3,\\ 0.6, & 3\leq x<4, \\ 1, & x\geq 4. \end{cases}

例2.png

解: F(x) 只在 -1,3,4 有跳跃,跳跃的幅度分别是 0.2, 0.4, 0.4.

故分布律为

\begin{array}{c|ccc} X&-1&3&4 \\ \hline P&0.2&0.4&0.4 \end{array}


F(x)的性质:

(1) 0\leq F(x)\leq 1;
(2) F(x) 单调不减;
\quad \quad \because 对于任意 x_1<x_2,0\leq P(x_1<X\leq x_2)=F(x_2)-F(x_1).
(3) F(-\infty)=0, F(+\infty)=1;
(4) F(x) 是右连续函数,即 F(x+0)=F(x)


例 3: 设一醉汉游离于 A,B 两点间,A,B 之间距离 3 个单位。该醉汉落在 A,B 任一子区间的概率与区间长度成正比,设他在离 A 点距离 X 远处,求 X 的分布函数。

例3_1.jpg

解: 根据题意,P(0\leq X\leq 3)=1,

故当 x<0 时,F(x)=P(X\leq x)=0;x\geq 3 时, F(x)=1

设比例系数为 k,则 P(0\leq X\leq 3)=3k=1, \implies k=1/3.

而当 0\leq x<3 时,F(x)=P(X\leq x)=P(X<0)+P(0\leq X\leq x)=0+\frac{1}{3}·x.

从而 X 的分布函数为:

F(x)=P(X\leq x)=\begin{cases} 0, & x<0;\\ x/3, & 0\leq x <3;\\ 1, & x\geq 3. \end{cases}

例3.png

由图可见:此分布函数是个连续函数,因此 X 不是离散型随机变量,X连续型随机变量

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