概率论与数理统计(理工类-第四版)吴赣昌主编课后习题答案第二章.doc

第二章 随机变量及其分布2.1 随机变量习题1随机变量的特征是什么？解答：随机变量是定义在样本空间上的一个实值函数.随机变量的取值是随机的，事先或试验前不知道取哪个值.随机变量取特定值的概率大小是确定的.习题2试述随机变量的分类.解答：若随机变量X的所有可能取值能够一一列举出来，则称X为离散型随机变量；否则称为非离散型随机变量.若X的可能值不能一一列出，但可在一段连续区间上取值，则称X为连续型随机变量.习题3盒中装有大小相同的球10个，编号为0,1,2,9,从中任取1个，观察号码是“小于5”，“等于5”，“大于5”的情况，试定义一个随机变量来表达上述随机试验结果，并写出该随机变量取每一个特定值的概率.解答：分别用1,2,3表示试验的三个结果“小于5”，“等于5”，“大于5”，则样本空间S=1,2,3,定义随机变量X如下：X=X()=0,=11,=2,2,=3则X取每个值的概率为PX=0=P取出球的号码小于5=5/10,PX=1=P取出球的号码等于5=1/10,PX=2=P取出球的号码大于5=4/10.2.2 离散型随机变量及其概率分布习题1设随机变量X服从参数为的泊松分布，且PX=1=PX=2,求.解答：由PX=1=PX=2,得e-=22e-,解得 =2.习题2设随机变量X的分布律为PX=k=k15,k=1,2,3,4,5,试求(1)P12X3.解答：(1)P12X3=PX=4+PX=5=415+515=35.习题3已知随机变量X只能取-1,0,1,2四个值，相应概率依次为12c,34c,58c,716c,试确定常数c,并计算PX1X0.解答：依题意知，12c+34c+58c+716c=1,即3716c=1,解得 c=3716=2.3125.由条件概率知PX1X0=PX60,即PX20,PX20=PX=30+PX=40=0.6.就是说，加油站因代营业务得到的收入大于当天的额外支出费用的概率为0.6.习题6设自动生产线在调整以后出现废品的概率为p=0.1,当生产过程中出现废品时立即进行调整，X代表在两次调整之间生产的合格品数，试求：(1)X的概率分布； (2)PX5;(3)在两次调整之间能以0.6的概率保证生产的合格品数不少于多少?解答：(1)PX=k=(1-p)kp=(0.9)k0.1,k=0,1,2,;(2)PX5=k=5PX=k=k=5(0.9)k0.1=(0.9)5;(3)设以0.6的概率保证在两次调整之间生产的合格品不少于m件，则m应满足PXm=0.6,即PXm-1=0.4. 由于PXm-1=k=0m-1(0.9)k(0.1)=1-(0.9)m,故上式化为1-0.9m=0.4,解上式得m4.855,因此，以0.6的概率保证在两次调整之间的合格品数不少于5.习题7设某运动员投篮命中的概率为0.6,求他一次投篮时，投篮命中的概率分布.解答：此运动员一次投篮的投中次数是一个随机变量，设为X,它可能的值只有两个，即0和1.X=0表示未投中，其概率为p1=PX=0=1-0.6=0.4,X=1表示投中一次，其概率为 p2=PX=1=0.6.则随机变量的分布律为X01P0.40.6习题8某种产品共10件，其中有3件次品，现从中任取3件，求取出的3件产品中次品的概率分布.解答：设X表示取出3件产品的次品数，则X的所有可能取值为0,1,2,3.对应概率分布为PX=0=C73C103=35120,PX=1=C73C31C103=36120,PX=2=C71C32C103=21120,PX=3=C33C103=1120.X的分布律为X0123P3512036120211201120习题9一批产品共10件，其中有7件正品，3件次品，每次从这批产品中任取一件，取出的产品仍放回去，求直至取到正品为止所需次数X的概率分布.解答：由于每次取出的产品仍放回去，各次抽取相互独立，下次抽取时情况与前一次抽取时完全相同，所以X的可能取值是所有正整数1,2,k,.设第k次才取到正品(前k-1次都取到次品),则随机变量X的分布律为PX=k=310310310710=(310)k-1710,k=1,2,.习题10设随机变量Xb(2,p),Yb(3,p),若PX1=59,求PY1.解答：因为Xb(2,p),PX=0=(1-p)2=1-PX1=1-5/9=4/9,所以p=1/3.因为Yb(3,p),所以 PY1=1-PY=0=1-(2/3)3=19/27.习题11纺织厂女工照顾800个纺绽，每一纺锭在某一段时间内断头的概率为0.005,在这段时间内断头次数不大于2的概率.解答：以X记纺锭断头数，n=800,p=0.005,np=4,应用泊松定理，所求概率为：P0X2=P0xi2X=xi=k=02b(k;800,0.005)k=02P(k;4)=e-4(1+41!+422!)0.2381.习题12设书籍上每页的印刷错误的个数X服从泊松分布，经统计发现在某本书上，有一个印刷错误与有两个印刷错误的页数相同，求任意检验4页，每页上都没有印刷错误的概率.解答：becausePX=1=PX=2,即11!e-=22!e-=2,PX=0=e-2,p=(e-2)4=e-8.2.3 随机变量的分布函数习题1F(X)=0,x-20.4,-2x01,x0,是随机变量X的分布函数，则X是_型的随机变量.解答：离散.由于F(x)是一个阶梯函数，故知X是一个离散型随机变量.习题2设F(x)=0x0x201,1x1问F(x)是否为某随机变量的分布函数.解答：首先，因为0F(x)1,x(-,+).其次，F(x)单调不减且右连续，即F(0+0)=F(0)=0,F(1+0)=F(1)=1,且F(-)=0,F(+)=1,所以F(x)是随机变量的分布函数.习题3已知离散型随机变量X的概率分布为PX=1=0.3,PX=3=0.5,PX=5=0.2,试写出X的分布函数F(x)，并画出图形.解答：由题意知X的分布律为：X135Pk0.30.50.2所以其分布函数F(x)=PXx=0,x10.3,1x30.8,3x51,x5.F(x)的图形见图.习题4设离散型随机变量X的分布函数为F(x)=0,x-10.4,-1x10.8,1x31,x3,试求：(1)X的概率分布；(2)PX2X1.解答：(1)X-113pk0.40.40.2(2)PX2X1=PX=-1PX1=23.习题5设X的分布函数为F(x)=0,x0x2,0x1x-12,1x1.51,x1.5,求P0.40.5,P1.7X2.解答：P0.40.5=1-PX0.5=1-F(0.5)=1-0.5/2=0.75,P1.7X2=F(2)-F(1.7)=1-1=0.习题6设随机变量X的分布函数为F(x)=A+Barctanx(-x+),试求：(1)系数A与B;(2)X落在(-1,1内的概率.解答：(1)由于F(-)=0,F(+)=1,可知A+B(-2)A+B(2)=1=0A=12,B=1,于是 F(x)=12+1arctanx,-x+;(2)P-1X1=F(1)-F(-1)=(12+1arctan1)-12+1arctanx(-1)=12+14-12-1(-4)=12.习题7在区间0,a上任意投掷一个质点，以X表示这个质点的坐标.设这个质点落在0,a中任意小区间内的概率与这个小区间的长度成正比例，试求X的分布函数.解答：F(x)=PXx=0,x0xa,0xa.1,xa2.4 连续型随机变量及其概率密度习题1设随机变量X的概率密度为f(x)=12e-(x+3)24(-x+),则Y=N(0,1).解答：应填3+X2.由正态分布的概率密度知=-3,=2由Y=X-N(0,1),所以Y=3+X2N(0,1).习题2已知Xf(x)=2x,0x10,其它,求PX0.5;PX=0.5;F(x).解答：PX0.5=-0.5f(x)dx=-00dx+00.52xdx=x200.5=0.25,PX=0.5=PX0.5-PX0.5=-0.5f(x)dx-0.5f(x)dx=0.当X0时，F(x)=0;当0x1时，F(x)=-xf(t)dt=-00dt+0x2tdt=t20x=x2;当X1时，F(x)=-xf(t)dt=-00dt+0x2tdt+1x0dt=t201=1,故F(x)=0,x0x2,0x00,x0,试求：(1)A,B的值；(2)P-1X1;(3)概率密度函数F(x).解答：(1)becauseF(+)=limx+(A+Be-2x)=1,A=1;又becauselimx0+(A+Be-2x)=F(0)=0, B=-1.(2)P-1X00,x0.习题4服从拉普拉斯分布的随机变量X的概率密度f(x)=Ae-x,求系数A及分布函数F(x).解答：由概率密度函数的性质知，-+f(x)dx=1,即 -+Ae-xdx=1,而-+Ae-xdx=-0Aexdx+0+Ae-xdx=Aex-0+(-Ae-x0+)=A+A=2A或-+Ae-xdx=20+Ae-xdx=-2Ae-x0+=2A,所以2A=1,即A=1/2.从而f(x)=12e-x,-x+,又因为F(x)=-xf(t)dt,所以当x0时，F(x)=-x12e-tdt=12-xetdt=12et-x=12ex;当x0时，F(x)=-x12e-xdt=-012etdt+0x12e-tdt=12et-0-12e-t0x=12-12e-x+12=1-12e-x,从而F(x)=12ex,x150=150+f(x)dx=150+100x2dx =-100x150+=100150=23,从而三个电子管在使用150小时以上不需要更换的概率为p=(2/3)3=8/27.习题6设一个汽车站上，某路公共汽车每5分钟有一辆车到达，设乘客在5分钟内任一时间到达是等可能的，试计算在车站候车的10位乘客中只有1位等待时间超过4分钟的概率.解答：设X为每位乘客的候车时间，则X服从0,5上的均匀分布. 设Y表示车站上10位乘客中等待时间超过4分钟的人数. 由于每人到达时间是相互独立的.这是10重伯努力概型.Y服从二项分布，其参数 n=10,p=PX4=15=0.2,所以 PY=1=C1010.20.890.268.习题7设XN(3,22).(1)确定C,使得PXc=PXc;(2)设d满足PXd0.9,问d至多为多少?解答：因为XN(3,22),所以X-32=ZN(0,1).(1)欲使PXc=PXc,必有1-PXc=PXc,即 PXc=1/2,亦即(c-32)=12,所以 c-3=0,故c=3.(2)由PXd0.9可得1-PXd0.9,即 PXd0.1.于是(d-32)0.1,(3-d2)0.9.查表得3-d21.282,所以d0.436.习题8设测量误差XN(0,102),先进行100次独立测量，求误差的绝对值超过19.6的次数不小于3的概率.解答：先求任意误差的绝对值超过19.6的概率p,p=PX19.6=1-PX19.6=1-PX101.96=1-(1.96)-(-1.96) =1-2(1.96)-1=1-20.975-1=1-0.95=0.05.设Y为100次测量中误差绝对值超过19.6的次数，则Yb(100,0.05).因为n很大，p很小，可用泊松分布近似，np=5=,所以PY31-50e-50!-51e-51!-52e-52!=1-3722-50.87.习题9某玩具厂装配车间准备实行计件超产奖，为此需对生产定额作出规定. 根据以往记录，各工人每月装配产品数服从正态分布N(4000,3600).假定车间主任希望10%的工人获得超产奖，求：工人每月需完成多少件产品才能获奖？解答：用X表示工人每月需装配的产品数，则XN(4000,3600).设工人每月需完成x件产品才能获奖，依题意得PXx=0.1,即 1-PXx=0.1,所以1-F(x)=0.1,即1-(x-400060)=0.1,所以 (x-400060)=0.9.查标准正态人分布表得(1.28)=0.8997,因此 x-4000601.28,即x=4077件，就是说，想获超产奖的工人，每月必须装配4077件以上.习题10某地区18岁女青年的血压(收缩压，以mm-HG计)服从N(110,122).在该地区任选一18岁女青年，测量她的血压X.(1)求PX105,P100x0.005.解答：已知血压XN(110,122).(1)PX105=PX-11012-5121-(0.42)=0.3372,P100x0.05,求x,即1-PXx0.05,亦即 (x-11012)0.95,查表得x-100121.645,从而x129.74.习题11设某城市男子身高XN(170,36),问应如何选择公共汽车车门的高度使男子与车门碰头的机会小于0.01.解答：XN(170,36),则X-1706N(0,1).设公共汽车门的高度为xcm，由题意PXxx=1-PXx=1-(x-1706)0.99,查标准正态表得x-17062.33,故x183.98cm.因此，车门的高度超过183.98cm时，男子与车门碰头的机会小于0.01.习题12某人去火车站乘车，有两条路可以走. 第一条路程较短，但交通拥挤，所需时间(单位：分钟)服从正态分布N(40,102);第二条路程较长，但意外阻塞较少，所需时间服从正态分布N(50,42),求：(1)若动身时离开车时间只有60分钟，应走哪一条路线？(2)若动身时离开车时间只有45分钟，应走哪一条路线？解答：设X,Y分别为该人走第一、二条路到达火车站所用时间，则XN(40,102),YN(50,42).哪一条路线在开车之前到达火车站的可能性大就走哪一条路线.(1)因为PX60=(60-4010)=(2)=0.97725,PY60=(60-504)=(2.5)=0.99379,所以有60分钟时应走第二条路.(2)因为PX45=(45-4010)=(0.5)=0.6915,PX0时，fY(y)=1c(b-a),ca+dycb+d0,其它,当c0时，fY(y)=-1c(b-a),cb+dyca+d0,其它.习题4设随机变量X服从0,1上的均匀分布，求随机变量函数Y=eX的概率密度fY(y).解答：f(x)=1,0x10,其它,f=ex,x(0,1)是单调可导函数，y(1,e),其反函数为x=lny,可得f(x)=fX(lny)lny,1ye0,其它=1y,1y1时)=P-y-12Xy-12=-y-12y-1212e-x2dx,所以fY(y)=FY(y)=22e-12y-12122y-1,y1,于是fY(y)=12(y-1)e-y-14,y10,y1.习题6设连续型随机变量X的概率密度为f(x),分布函数为F(x),求下列随机变量Y的概率密度：(1)Y=1X;(2)Y=X.解答：(1)FY(y)=PYy=P1/Xy.当y0时，FY(y)=P1/X0+P01/Xy=PX0+PX1/y=F(0)+1-F(1/y),故这时fY(y)=-F(1y)=1y2f(1y);；当y0时，FY(y)=P1/yX0=F(0)-F(1/y),故这时fY(y)=1y2f(1y);当y=0时，FY(y)=P1/X0=PX0时，FY(y)=P-yXy=F(y)-F(-y)这时fY(y)=f(y)+f(-y);当y00,y0.习题7某物体的温度T(F)是一个随机变量, 且有TN(98.6,2),已知=5(T-32)/9,试求(F)的概率密度.解答：已知TN(98.6,2).=59(T-32),反函数为T=59+32,是单调函数，所以f(y)=fT(95y+32)95=122e-(95y+32-98.6)2495 =910e-81100(y-37)2.习题8设随机变量X在任一区间a,b上的概率均大于0,其分布函数为FY(x),又Y在0,1上服从均匀分布，证明:Z=FX-1(Y)的分布函数与X的分布函数相同.解答：因X在任一有限区间a,b上的概率均大于0,故FX(x)是单调增加函数，其反函数FX-1(y)存在，又Y在0,1上服从均匀分布，故Y的分布函数为FY(y)=PYy=0,y0,于是，Z的分布函数为FZ(z)=PZz=PFX-1(Y)z=PYFX(z)=0,FX(z)1由于FX(z)为X的分布函数，故0FX(z)1.FX(z)1均匀不可能，故上式仅有FZ(z)=FX(z),因此，Z与X的分布函数相同.总习题解答习题1从120的整数中取一个数，若取到整数k的概率与k成正比，求取到偶数的概率.解答：设Ak为取到整数k,P(Ak)=ck,k=1,2,20.因为P(K=120Ak)=k=120P(Ak)=ck=120k=1，所以c=1210,P取到偶数=PA2A4A20 =1210(2+4+20)=1121.习题2若每次射击中靶的概率为0.7,求射击10炮,(1)命中3炮的概率;(2)至少命中3炮的概率;(3)最可能命中几炮.解答：若随机变量X表示射击10炮中中靶的次数. 由于各炮是否中靶相互独立，所以是一个10重伯努利概型，X服从二项分布，其参数为n=10,p=0.7,故(1)PX=3=C103(0.7)3(0.3)70.009;(2)PX3=1-PX300000即X15(人).因此，P保险公司亏本=PX15=k=162500C2500k(0.002)k(0.998)2500-k1-k=015e-55kk!0.000069,由此可见,在1年里保险公司亏本的概率是很小的.(2)P保险公司获利不少于100000元=P300000-200000X100000=PX10=k=010C2500k(0.002)(0.998)2500-kk=010e-55kk!0.986305,即保险公司获利不少于100000元的概率在98%以上. P保险公司获利不少于200000元=P300000-200000X200000=PX5=k=05C2500k(0.002)k(0.998)2500-kk=05e-55kk!0.615961,即保险公司获利不少于200000元的概率接近于62%.习题4一台总机共有300台分机，总机拥有13条外线，假设每台分机向总机要外线的概率为3%, 试求每台分机向总机要外线时，能及时得到满足的概率和同时向总机要外线的分机的最可能台数.解答：设分机向总机要到外线的台数为X,300台分机可看成300次伯努利试验，一次试验是否要到外线. 设要到外线的事件为A,则P(A)=0.03,显然Xb(300,0.03),即PX=k=C300k(0.03)k(0.97)300-k(k=0,1,2,300),因n=300很大，p=0.03又很小, =np=3000.03=9,可用泊松近似公式计算上面的概率. 因总共只有13条外线，要到外线的台数不超过13，故PX13k=0139kk!e-90.9265,(查泊松分布表)且同时向总机要外线的分机的最可能台数 k0=(n+1)p=3010.03=9.习题5在长度为t的时间间隔内，某急救中心收到紧急呼救的次数X服从参数t2的泊松分布，而与时间间隔的起点无关(时间以小时计),求：(1)某一天从中午12至下午3时没有收到紧急呼救的概率；(2)某一天从中午12时至下午5时至少收到1次紧急呼救的概率.解答：(1)t=3,=3/2,PX=0=e-3/20.223;(2)t=5,=5/2,PX1=1-PX=0=1-e-5/20.918.习题6设X为一离散型随机变量，其分布律为X-101pi1/21-2qq2试求：(1)q的值；(2)X的分布函数.解答：(1)because离散型随机变量的概率函数PX=xi=pi,满足ipi=1,且0pi1,1/2+1-2q+q2=101-2q1q21,解得q=1-1/2.从而X的分布律为下表所示：X-101pi1/22-13/2-2(2)由F(x)=PXx计算X的分布函数F(x)=0,1/2,2-1/2,1,x-1-1x00x0x1.习题7设随机变量X的分布函数F(x)为F(x)=0,x/2则A=,PX/6=.解答：应填1;1/2.由分布函数F(x)的右连续性，有F(2+0)=F(2)A=1.因F(x)在x=6处连续，故PX=6=12,于是有PX6=P-6X6=P-60是常数，求电子管在损坏前已使用时数X的分布函数F(x)，并求电子管在T小时内损坏的概率.解答：因X的可能取值充满区间(0,+),故应分段求F(x)=PXx.当x0时，F(x)=PXx=P()=0;当x0时，由题设知PxXx+x/X=x+o(x),而PxXx+x/X=PxxPXx=Px0,0,故X的分布函数为F(x)=0,x01-e-x,x0(0),从而电子管在T小时内损坏的概率为PXT=F(T)=1-e-T.习题9设连续型随机变量X的分布密度为f(x)=x,0x12-x,1x20,其它,求其分布函数F(x).解答：当x0时，F(x)=-x0dt=0;当0x1时，F(x)=-xf(t)dt=-00tdt+0xtdt=12x2;当12时，F(x)=-00dt+01tdt+12(2-t)dt+2x0dt=1,故F(x)=0,x212x2,0x1-1+2x-x22,12.习题10某城市饮用水的日消费量X(单位：百万升)是随机变量，其密度函数为：f(x)=19xe-x3,x00,其它,试求：(1)该城市的水日消费量不低于600万升的概率；(2)水日消费量介于600万升到900万升的概率.解答：先求X的分布函数F(x).显然，当x0时，F(x)=0,当x0时有