Bài tập xác suất thống kê chương 3
Bài 1: Cho vectơ ngẫu nhiên $2$ chiều $(X, Y)$ có hàm mật độ xác suất:$$f(x, y)=ke^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}\;\;\forall x, y\in\Bbb R.$$ a) Tìm hằng số $k.$
b) Tính $\Bbb P(X < -3, Y > 4).$
Lời giải bài 1.
Ta có $$f(x, y)=ke^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}.$$ Vì $g(x)=\displaystyle\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}$ là hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên có phân bố chuẩn $\mathcal{N}(\mu, \sigma^2)$ nên theo tính chất của hàm mật độ xác suất $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}g(x)dx=1.$$ Do đó $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}dx=\sigma\sqrt{2\pi}.$$ Hay $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\frac{(t-\mu)^2}{2\sigma^2}}dt=\sigma\sqrt{2\pi}.$$ Vậy $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}dx=2\sqrt{2\pi},$$ $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dy=\sqrt{2\pi}.$$ Sử dụng tính chất $\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dxdy=1$ của hàm mật độ xác suất, ta có \begin{equation}\notag \begin{aligned} 1&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dxdy\\ &=k\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dxdy\\ &=k\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}dx\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dy\\ &=k.2\sqrt{2\pi}\times \sqrt{2\pi}\\ &=4k\pi. \end{aligned} \end{equation} Suy ra $k=\displaystyle\frac{1}{4\pi}.$
b) Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $X$ là \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_X(x)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=k\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dy\\ &=ke^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dy\\ &=ke^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.\sqrt{2\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{4\pi}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.\sqrt{2\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{2\sqrt{2\pi}}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}. \end{aligned} \end{equation} Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $Y$ \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=k\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dx\\ &=ke^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}dx\\ &=ke^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}.2\sqrt{2\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{4\pi}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}.2\sqrt{2\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}. \end{aligned} \end{equation} \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_X(x)f_Y(y)&=\displaystyle\frac{1}{4\pi}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}\\ &=\displaystyle\frac{1}{4\pi}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}\\ &=f(x, y). \end{aligned} \end{equation} Vậy hai biến ngẫu nhiên $X, Y$ độc lập. Do đó $$\Bbb P(X < -3, Y > 4)=\Bbb P(X < -3)\Bbb P(Y < 4).$$ Vì hàm mật độ xác suất của $X$ là $f_X(x)=\displaystyle\frac{1}{2\sqrt{2\pi}}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}$ nên $X$ có phân bố chuẩn $X\sim\mathcal{N}(-3, 2^2)$. Do đó \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P(X < -3)&=\Phi\big(\displaystyle\frac{-3-(-3)}{2}\big)\\ &=\Phi(0)\\ &=0,5. \end{aligned} \end{equation} Vì hàm mật độ xác suất của $Y$ là $f_Y(y)=\displaystyle\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}$ nên $Y$ có phân bố chuẩn $Y\sim\mathcal{N}(1, 1^2)$. Do đó \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P(Y > 4)&=1-\Phi\big(\displaystyle\frac{4-1}{1}\big)\\ &=1-\Phi(3)\\ &=1-0,9987\\ &=0,0013. \end{aligned} \end{equation} Vậy \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P(X < -3, Y > 4)&=\Bbb P(X < -3)\Bbb P(Y > 4)\\ &=0,5\times 0,0013\\ &=0,00065. \end{aligned} \end{equation}
Ta có $$f(x, y)=ke^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}.$$ Vì $g(x)=\displaystyle\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}$ là hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên có phân bố chuẩn $\mathcal{N}(\mu, \sigma^2)$ nên theo tính chất của hàm mật độ xác suất $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}g(x)dx=1.$$ Do đó $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}dx=\sigma\sqrt{2\pi}.$$ Hay $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\frac{(t-\mu)^2}{2\sigma^2}}dt=\sigma\sqrt{2\pi}.$$ Vậy $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}dx=2\sqrt{2\pi},$$ $$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dy=\sqrt{2\pi}.$$ Sử dụng tính chất $\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dxdy=1$ của hàm mật độ xác suất, ta có \begin{equation}\notag \begin{aligned} 1&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dxdy\\ &=k\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dxdy\\ &=k\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}dx\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dy\\ &=k.2\sqrt{2\pi}\times \sqrt{2\pi}\\ &=4k\pi. \end{aligned} \end{equation} Suy ra $k=\displaystyle\frac{1}{4\pi}.$
b) Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $X$ là \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_X(x)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=k\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dy\\ &=ke^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dy\\ &=ke^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.\sqrt{2\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{4\pi}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.\sqrt{2\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{2\sqrt{2\pi}}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}. \end{aligned} \end{equation} Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $Y$ \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=k\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dx\\ &=ke^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}dx\\ &=ke^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}.2\sqrt{2\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{4\pi}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}.2\sqrt{2\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}. \end{aligned} \end{equation} \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_X(x)f_Y(y)&=\displaystyle\frac{1}{4\pi}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}.e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}\\ &=\displaystyle\frac{1}{4\pi}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}\\ &=f(x, y). \end{aligned} \end{equation} Vậy hai biến ngẫu nhiên $X, Y$ độc lập. Do đó $$\Bbb P(X < -3, Y > 4)=\Bbb P(X < -3)\Bbb P(Y < 4).$$ Vì hàm mật độ xác suất của $X$ là $f_X(x)=\displaystyle\frac{1}{2\sqrt{2\pi}}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}$ nên $X$ có phân bố chuẩn $X\sim\mathcal{N}(-3, 2^2)$. Do đó \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P(X < -3)&=\Phi\big(\displaystyle\frac{-3-(-3)}{2}\big)\\ &=\Phi(0)\\ &=0,5. \end{aligned} \end{equation} Vì hàm mật độ xác suất của $Y$ là $f_Y(y)=\displaystyle\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}$ nên $Y$ có phân bố chuẩn $Y\sim\mathcal{N}(1, 1^2)$. Do đó \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P(Y > 4)&=1-\Phi\big(\displaystyle\frac{4-1}{1}\big)\\ &=1-\Phi(3)\\ &=1-0,9987\\ &=0,0013. \end{aligned} \end{equation} Vậy \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P(X < -3, Y > 4)&=\Bbb P(X < -3)\Bbb P(Y > 4)\\ &=0,5\times 0,0013\\ &=0,00065. \end{aligned} \end{equation}
b) Tính $\Bbb P\Big(X^2+Y^2\leq\displaystyle\frac{1}{4}\Big).$
Lời giải bài 2.
a) Đặt $$D=\{(x, y)\in\Bbb R^2: x^2+y^2\leq 1\},$$ khi đó $$f(x, y)= \begin{cases} k(1-\sqrt{x^2+y^2}) & \mbox{ nếu $(x, y)\in D$},\\ 0 & \mbox{ nếu $(x, y)\in\Bbb R^2\backslash D$}.\\ \end{cases}$$ Ta có \begin{equation}\notag \begin{aligned} \displaystyle\iint\limits_{\Bbb R^2}f(x, y)dxdy&=\displaystyle\iint\limits_{D}f(x, y)dxdy +\displaystyle\iint\limits_{\Bbb R^2\backslash D}f(x, y)dxdy\\ &=\displaystyle\iint\limits_{D}k(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy+\displaystyle\iint\limits_{\Bbb R^2\backslash D}0dxdy\\ &=k\displaystyle\iint\limits_{D}(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy+0\\ &=k\displaystyle\iint\limits_{D}(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy. \end{aligned} \end{equation} Vì $\displaystyle\iint\limits_{\Bbb R^2}f(x, y)dxdy=1$ nên $$k\displaystyle\iint\limits_{D}(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy=1.$$ Đặt $I=\displaystyle\iint\limits_{D}(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy$, thì $kI=1.$
Ta tính tích phân $I.$
Chuyển sang tọa độ cực $$\begin{cases} x=r\cos\varphi,\\ y=r\sin\varphi. \end{cases}$$ Khi đó $$I=\displaystyle\iint\limits_{D'}(1-\sqrt{r^2})rdrd\varphi=\displaystyle\iint\limits_{D'}(r-r^2)drd\varphi,$$ với $$D'=\{(r, \varphi): 0\leq r\leq 1, 0\leq\varphi\leq 2\pi\}.$$ Suy ra \begin{equation*}\notag \begin{aligned} I&=\displaystyle\int\limits_{0}^{1}\Big[\displaystyle\int\limits_{0}^{2\pi}(r-r^2) d\varphi\Big]dr\\ &=\displaystyle\int\limits_{0}^{1}2\pi(r-r^2)dr\\ &=2\pi\Big(\displaystyle\frac{r^2}{2}-\displaystyle\frac{r^3}{3}\Big)\Big|_0^1\\ &=2\pi\Big(\displaystyle\frac{1}{2}-\displaystyle\frac{1}{3}\Big)\\ &=\displaystyle\frac{\pi}{3}. \end{aligned} \end{equation*} Từ $kI=1$, ta suy ra $k=\displaystyle\frac{3}{\pi}.$
b) Đặt $$V=\Big\{(x, y)\in\Bbb R^2: x^2+y^2\leq\displaystyle\frac{1}{4}\Big\}.$$ Vì $V\subset D$ nên $f(x, y)=k(1-\sqrt{x^2+y^2})$ với mọi $(x, y)\in V$. Do đó \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P\Big(X^2+Y^2\leq\displaystyle\frac{1}{4}\Big)&=\Bbb P((X, Y)\in V)\\ &=\displaystyle\iint\limits_{V}f(x, y)dxdy\\ &=\displaystyle\iint\limits_{V}k(1-\sqrt{x^2+y^2}). \end{aligned} \end{equation} Chuyển sang tọa độ cực $$\begin{cases} x=r\cos\varphi,\\ y=r\sin\varphi. \end{cases}$$ Khi đó \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P\Big(X^2+Y^2\leq\displaystyle\frac{1}{4}\Big)&=\displaystyle\iint\limits_{V'}k(1-\sqrt{r^2})rdrd\varphi\\ &=\displaystyle\iint\limits_{V'}k(r-r^2)drd\varphi, \end{aligned} \end{equation} với $$V'=\Big\{(r, \varphi): 0\leq r\leq\displaystyle\frac{1}{2}, 0\leq\varphi\leq 2\pi\Big\}.$$ Suy ra \begin{equation*}\notag \begin{aligned} \Bbb P\Big(X^2+Y^2\leq\displaystyle\frac{1}{4}\Big)&=\displaystyle\int\limits_{0}^{\textstyle\frac{1}{2}}\Big[\displaystyle\int\limits_{0}^{2\pi}k(r-r^2) d\varphi\Big]dr\\ &=\displaystyle\int\limits_{0}^{\textstyle\frac{1}{2}}2k\pi(r-r^2)dr\\ &=2k\pi\Big(\displaystyle\frac{r^2}{2}-\displaystyle\frac{r^3}{3}\Big)\Big|_0^{\textstyle\frac{1}{2}}\\ &=2k\pi\Big(\displaystyle\frac{1}{8}-\displaystyle\frac{1}{24}\Big)\\ &=\displaystyle\frac{k\pi}{6}\\ &=\displaystyle\frac{\pi}{6}\times\displaystyle\frac{3}{\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{2}. \end{aligned} \end{equation*}
a) Đặt $$D=\{(x, y)\in\Bbb R^2: x^2+y^2\leq 1\},$$ khi đó $$f(x, y)= \begin{cases} k(1-\sqrt{x^2+y^2}) & \mbox{ nếu $(x, y)\in D$},\\ 0 & \mbox{ nếu $(x, y)\in\Bbb R^2\backslash D$}.\\ \end{cases}$$ Ta có \begin{equation}\notag \begin{aligned} \displaystyle\iint\limits_{\Bbb R^2}f(x, y)dxdy&=\displaystyle\iint\limits_{D}f(x, y)dxdy +\displaystyle\iint\limits_{\Bbb R^2\backslash D}f(x, y)dxdy\\ &=\displaystyle\iint\limits_{D}k(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy+\displaystyle\iint\limits_{\Bbb R^2\backslash D}0dxdy\\ &=k\displaystyle\iint\limits_{D}(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy+0\\ &=k\displaystyle\iint\limits_{D}(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy. \end{aligned} \end{equation} Vì $\displaystyle\iint\limits_{\Bbb R^2}f(x, y)dxdy=1$ nên $$k\displaystyle\iint\limits_{D}(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy=1.$$ Đặt $I=\displaystyle\iint\limits_{D}(1-\sqrt{x^2+y^2})dxdy$, thì $kI=1.$
Ta tính tích phân $I.$
Chuyển sang tọa độ cực $$\begin{cases} x=r\cos\varphi,\\ y=r\sin\varphi. \end{cases}$$ Khi đó $$I=\displaystyle\iint\limits_{D'}(1-\sqrt{r^2})rdrd\varphi=\displaystyle\iint\limits_{D'}(r-r^2)drd\varphi,$$ với $$D'=\{(r, \varphi): 0\leq r\leq 1, 0\leq\varphi\leq 2\pi\}.$$ Suy ra \begin{equation*}\notag \begin{aligned} I&=\displaystyle\int\limits_{0}^{1}\Big[\displaystyle\int\limits_{0}^{2\pi}(r-r^2) d\varphi\Big]dr\\ &=\displaystyle\int\limits_{0}^{1}2\pi(r-r^2)dr\\ &=2\pi\Big(\displaystyle\frac{r^2}{2}-\displaystyle\frac{r^3}{3}\Big)\Big|_0^1\\ &=2\pi\Big(\displaystyle\frac{1}{2}-\displaystyle\frac{1}{3}\Big)\\ &=\displaystyle\frac{\pi}{3}. \end{aligned} \end{equation*} Từ $kI=1$, ta suy ra $k=\displaystyle\frac{3}{\pi}.$
b) Đặt $$V=\Big\{(x, y)\in\Bbb R^2: x^2+y^2\leq\displaystyle\frac{1}{4}\Big\}.$$ Vì $V\subset D$ nên $f(x, y)=k(1-\sqrt{x^2+y^2})$ với mọi $(x, y)\in V$. Do đó \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P\Big(X^2+Y^2\leq\displaystyle\frac{1}{4}\Big)&=\Bbb P((X, Y)\in V)\\ &=\displaystyle\iint\limits_{V}f(x, y)dxdy\\ &=\displaystyle\iint\limits_{V}k(1-\sqrt{x^2+y^2}). \end{aligned} \end{equation} Chuyển sang tọa độ cực $$\begin{cases} x=r\cos\varphi,\\ y=r\sin\varphi. \end{cases}$$ Khi đó \begin{equation}\notag \begin{aligned} \Bbb P\Big(X^2+Y^2\leq\displaystyle\frac{1}{4}\Big)&=\displaystyle\iint\limits_{V'}k(1-\sqrt{r^2})rdrd\varphi\\ &=\displaystyle\iint\limits_{V'}k(r-r^2)drd\varphi, \end{aligned} \end{equation} với $$V'=\Big\{(r, \varphi): 0\leq r\leq\displaystyle\frac{1}{2}, 0\leq\varphi\leq 2\pi\Big\}.$$ Suy ra \begin{equation*}\notag \begin{aligned} \Bbb P\Big(X^2+Y^2\leq\displaystyle\frac{1}{4}\Big)&=\displaystyle\int\limits_{0}^{\textstyle\frac{1}{2}}\Big[\displaystyle\int\limits_{0}^{2\pi}k(r-r^2) d\varphi\Big]dr\\ &=\displaystyle\int\limits_{0}^{\textstyle\frac{1}{2}}2k\pi(r-r^2)dr\\ &=2k\pi\Big(\displaystyle\frac{r^2}{2}-\displaystyle\frac{r^3}{3}\Big)\Big|_0^{\textstyle\frac{1}{2}}\\ &=2k\pi\Big(\displaystyle\frac{1}{8}-\displaystyle\frac{1}{24}\Big)\\ &=\displaystyle\frac{k\pi}{6}\\ &=\displaystyle\frac{\pi}{6}\times\displaystyle\frac{3}{\pi}\\ &=\displaystyle\frac{1}{2}. \end{aligned} \end{equation*}
b) Tính $\Bbb P\Big(\displaystyle\frac{\pi}{6} < X < \displaystyle\frac{\pi}{2}, \displaystyle\frac{\pi}{6} < Y <\displaystyle\frac{\pi}{3}\Big).$
Lời giải bài 3.
Các em tự làm nhé!
Các em tự làm nhé!
b) Tìm hàm mật độ xác suất $f_Y(y)$ của $Y.$
Lời giải bài 4.
a) Ta có hàm mật độ xác suất của $(X, Y)$ \begin{equation*}\notag \begin{aligned} f(x, y)&=\displaystyle\frac{\partial^2 F(x, y)}{\partial x\partial y}\\ &=\begin{cases} e^{-x-y} & \mbox{ nếu $x>0, y>0$},\\ 0 & \mbox{ nếu trái lại}.\\ \end{cases} \end{aligned} \end{equation*} b) Nếu $y\leq 0$ thì $f(x, y)=0$ với mọi $x\in\Bbb R.$
Vậy \begin{equation*}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dx\\ &=0. \end{aligned} \end{equation*} Nếu $y>0$ thì \begin{equation*}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{0}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}0dx+\displaystyle\int\limits_{0}^{+\infty}e^{-x-y}dx\\ &=0+\lim\limits_{a\longrightarrow +\infty}\displaystyle\int\limits_{0}^{a}e^{-x-y}dx\\ &=0+\lim\limits_{a\longrightarrow +\infty}\Big(\displaystyle\frac{e^{-x-y}}{-1}\Big)\Big|_{x=0}^{x=a}\\ &=\lim\limits_{a\longrightarrow +\infty}(-e^{-a-y}+e^{-y})\\ &=e^{-y}\lim\limits_{a\longrightarrow +\infty}(1-e^{-a})\\ &=e^{-y}(1-0)\\ &=e^{-y}. \end{aligned} \end{equation*} Vậy hàm mật độ xác suất $f_Y(y)$ của $Y$ là $$f_Y(y)= \begin{cases} e^{-y} & \mbox{ nếu $y\geq 0$},\\ 0 & \mbox{ nếu $y<0$}.\\ \end{cases}$$
a) Ta có hàm mật độ xác suất của $(X, Y)$ \begin{equation*}\notag \begin{aligned} f(x, y)&=\displaystyle\frac{\partial^2 F(x, y)}{\partial x\partial y}\\ &=\begin{cases} e^{-x-y} & \mbox{ nếu $x>0, y>0$},\\ 0 & \mbox{ nếu trái lại}.\\ \end{cases} \end{aligned} \end{equation*} b) Nếu $y\leq 0$ thì $f(x, y)=0$ với mọi $x\in\Bbb R.$
Vậy \begin{equation*}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dx\\ &=0. \end{aligned} \end{equation*} Nếu $y>0$ thì \begin{equation*}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{0}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}0dx+\displaystyle\int\limits_{0}^{+\infty}e^{-x-y}dx\\ &=0+\lim\limits_{a\longrightarrow +\infty}\displaystyle\int\limits_{0}^{a}e^{-x-y}dx\\ &=0+\lim\limits_{a\longrightarrow +\infty}\Big(\displaystyle\frac{e^{-x-y}}{-1}\Big)\Big|_{x=0}^{x=a}\\ &=\lim\limits_{a\longrightarrow +\infty}(-e^{-a-y}+e^{-y})\\ &=e^{-y}\lim\limits_{a\longrightarrow +\infty}(1-e^{-a})\\ &=e^{-y}(1-0)\\ &=e^{-y}. \end{aligned} \end{equation*} Vậy hàm mật độ xác suất $f_Y(y)$ của $Y$ là $$f_Y(y)= \begin{cases} e^{-y} & \mbox{ nếu $y\geq 0$},\\ 0 & \mbox{ nếu $y<0$}.\\ \end{cases}$$
Lời giải bài 5.
a) Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $X$ là $f_X(x)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy.$
Nếu $|x|> 3$ thì $\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}> 1$ với mọi $y\in\Bbb R$. Do đó $f(x, y)=0$ với mọi $y\in\Bbb R.$
Vậy \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_X(x)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dy\\ &=0. \end{aligned} \end{equation} Nếu $|x|\leq 3$, khi đó $$\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}\leq 1\Longleftrightarrow\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}\leq y\leq\displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3},$$ và $$\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}> 1\Longleftrightarrow y\notin\Big[\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}, \displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}\Big].$$ Do đó $$f(x, y)= \begin{cases} \displaystyle\frac{1}{6\pi} & \mbox{ nếu $\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}\leq y\leq \displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}$},\\ 0 & \mbox{ nếu $y\notin\Big[\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}, \displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}\Big]$}.\\ \end{cases}$$ Ta có \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_X(x)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}f(x, y)dy+\displaystyle\int\limits_{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}f(x, y)dy+\displaystyle\int\limits_{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}0.dy+\displaystyle\int\limits_{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}\displaystyle\frac{1}{6\pi}dy+\displaystyle\int\limits_{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{+\infty}0.dy\\ &=0+\displaystyle\int\limits_{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}\displaystyle\frac{1}{6\pi}dy+0\\ &=\displaystyle\frac{1}{6\pi}\Big[\displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}-\Big(\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}\Big)\Big]\\ &=\displaystyle\frac{2}{9\pi}\sqrt{9-x^2}. \end{aligned} \end{equation} Vậy $$f_X(x)= \begin{cases} \displaystyle\frac{2}{9\pi}\sqrt{9-x^2} & \mbox{ nếu $|x|\leq 3$},\\ 0 & \mbox{ nếu $|x|> 3$}.\\ \end{cases}$$ b) Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $Y$ là $f_Y(y)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx.$
Nếu $|y|> 2$ thì $\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}> 1$ với mọi $x\in\Bbb R$. Do đó $f(x, y)=0$ với mọi $x\in\Bbb R.$
Vậy \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dx\\ &=0. \end{aligned} \end{equation} Nếu $|y|\leq 2$, khi đó $$\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}\leq 1\Longleftrightarrow\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}\leq x\leq\displaystyle\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2},$$ và $$\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}> 1\Longleftrightarrow x\notin\Big[\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}, \displaystyle\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}\Big].$$ Do đó $$f(x, y)= \begin{cases} \displaystyle\frac{1}{6\pi} & \mbox{ nếu $\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}\leq x\leq \displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}$},\\ 0 & \mbox{ nếu $x\notin\Big[\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}, \displaystyle\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}\Big]$}.\\ \end{cases}$$ Ta có \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}0.dx+\displaystyle\int\limits_{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}}\displaystyle\frac{1}{6\pi}dx+\displaystyle\int\limits_{\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{+\infty}0.dx\\ &=0+\displaystyle\int\limits_{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}\displaystyle\frac{1}{6\pi}dx+0\\ &=\displaystyle\frac{1}{6\pi}\Big[\displaystyle\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}-\Big(\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}\Big)\Big]\\ &=\displaystyle\frac{1}{2\pi}\sqrt{4-y^2}. \end{aligned} \end{equation} Do đó $$f_Y(y)= \begin{cases} \displaystyle\frac{1}{2\pi}\sqrt{4-y^2} & \mbox{ nếu $|y|\leq 2$},\\ 0 & \mbox{ nếu $|y|> 2$}.\\ \end{cases}$$
a) Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $X$ là $f_X(x)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy.$
Nếu $|x|> 3$ thì $\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}> 1$ với mọi $y\in\Bbb R$. Do đó $f(x, y)=0$ với mọi $y\in\Bbb R.$
Vậy \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_X(x)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dy\\ &=0. \end{aligned} \end{equation} Nếu $|x|\leq 3$, khi đó $$\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}\leq 1\Longleftrightarrow\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}\leq y\leq\displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3},$$ và $$\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}> 1\Longleftrightarrow y\notin\Big[\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}, \displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}\Big].$$ Do đó $$f(x, y)= \begin{cases} \displaystyle\frac{1}{6\pi} & \mbox{ nếu $\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}\leq y\leq \displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}$},\\ 0 & \mbox{ nếu $y\notin\Big[\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}, \displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}\Big]$}.\\ \end{cases}$$ Ta có \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_X(x)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}f(x, y)dy+\displaystyle\int\limits_{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}f(x, y)dy+\displaystyle\int\limits_{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{+\infty}f(x, y)dy\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}0.dy+\displaystyle\int\limits_{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}\displaystyle\frac{1}{6\pi}dy+\displaystyle\int\limits_{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{+\infty}0.dy\\ &=0+\displaystyle\int\limits_{\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}}^{\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}}\displaystyle\frac{1}{6\pi}dy+0\\ &=\displaystyle\frac{1}{6\pi}\Big[\displaystyle\frac{2\sqrt{9-x^2}}{3}-\Big(\displaystyle\frac{-2\sqrt{9-x^2}}{3}\Big)\Big]\\ &=\displaystyle\frac{2}{9\pi}\sqrt{9-x^2}. \end{aligned} \end{equation} Vậy $$f_X(x)= \begin{cases} \displaystyle\frac{2}{9\pi}\sqrt{9-x^2} & \mbox{ nếu $|x|\leq 3$},\\ 0 & \mbox{ nếu $|x|> 3$}.\\ \end{cases}$$ b) Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $Y$ là $f_Y(y)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx.$
Nếu $|y|> 2$ thì $\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}> 1$ với mọi $x\in\Bbb R$. Do đó $f(x, y)=0$ với mọi $x\in\Bbb R.$
Vậy \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dx\\ &=0. \end{aligned} \end{equation} Nếu $|y|\leq 2$, khi đó $$\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}\leq 1\Longleftrightarrow\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}\leq x\leq\displaystyle\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2},$$ và $$\displaystyle\frac{x^2}{9}+\displaystyle\frac{y^2}{4}> 1\Longleftrightarrow x\notin\Big[\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}, \displaystyle\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}\Big].$$ Do đó $$f(x, y)= \begin{cases} \displaystyle\frac{1}{6\pi} & \mbox{ nếu $\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}\leq x\leq \displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}$},\\ 0 & \mbox{ nếu $x\notin\Big[\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}, \displaystyle\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}\Big]$}.\\ \end{cases}$$ Ta có \begin{equation}\notag \begin{aligned} f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{+\infty}f(x, y)dx\\ &=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}0.dx+\displaystyle\int\limits_{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}}\displaystyle\frac{1}{6\pi}dx+\displaystyle\int\limits_{\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{+\infty}0.dx\\ &=0+\displaystyle\int\limits_{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}^{\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}}\displaystyle\frac{1}{6\pi}dx+0\\ &=\displaystyle\frac{1}{6\pi}\Big[\displaystyle\frac{3\sqrt{4-y^2}}{2}-\Big(\displaystyle\frac{-3\sqrt{4-y^2}}{2}\Big)\Big]\\ &=\displaystyle\frac{1}{2\pi}\sqrt{4-y^2}. \end{aligned} \end{equation} Do đó $$f_Y(y)= \begin{cases} \displaystyle\frac{1}{2\pi}\sqrt{4-y^2} & \mbox{ nếu $|y|\leq 2$},\\ 0 & \mbox{ nếu $|y|> 2$}.\\ \end{cases}$$
Đăng ký:
Bài đăng
(
Atom
)
bài 1 cái phàn tính tích phân như nào thầy ?.
Trả lờiXóaEm dùng công thức:
Xóa$$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\frac{(t-\mu)^2}{2\sigma^2}}dt=\sigma\sqrt{2\pi}.$$
Do đó
$$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(x+3)^2}{8}}dx=2\sqrt{2\pi},$$
$$\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-\textstyle\frac{(y-1)^2}{2}}dy=\sqrt{2\pi}.$$
thầy ơi cho e hỏi công thức tính hàm mật độ xác suất tính thế nào ạ
Trả lờiXóathầy có thể làm chi tiết phần a bài bài 4 được ko ạ
Chi tiết thế rồi mà em, em học đạo hàm riêng rồi mà
Xóathầy ơi, câu 3 ý b áp dụng công thức gì ạ
Trả lờiXóaCông thức xs để vecto $(X, Y)\in D$ bằng tích phân hai lớp trên $D$ của hàm mật độ đó em
Xóathầy ơi phần chương 3 này e thấy có ít bài tập liên quan liệu có thi k ạ thầy ơi? e chỉ muốn hỏi để tổng kết lại phần kiến thức đã ôn thôi ạ. e cảm ơn thầy ạ
Trả lờiXóaCó thi em à
XóaThầy ơi bài cho : F(XY) = k nếu 0< x+y <1 ;x>0;y>0 và = 0 nếu ngược lại ..thì k tìm kiểu gì ah ?
Trả lờiXóaNhận xét này đã bị tác giả xóa.
XóaĐây em
Trả lờiXóaa) Đặt
$$D=\{(x, y)\in\Bbb{R}^2: 0<x+y<1, x\geq 0, y\geq 0\}.$$
Khi đó $D$ là tam giác vuông cân có độ dài cạnh bằng $1$ nên $D$ có diện tích là $S_D=\displaystyle\frac{1}{2}.$
Ta có
\begin{equation}\notag
\begin{aligned}
\displaystyle\iint\limits_{\Bbb{R}^2}f(x, y)dxdy&=\displaystyle\iint\limits_{D}f(x, y)dxdy
+\displaystyle\iint\limits_{\Bbb{R}^2\backslash D}f(x, y)dxdy\\
&=\displaystyle\iint\limits_{D}kxdxdy
+\displaystyle\iint\limits_{\Bbb{R}^2\backslash D}0dxdy\\
&=k\displaystyle\iint\limits_{D}dxdy\\
&=kS_D\\
&=\displaystyle\frac{k}{2}.
\end{aligned}
\end{equation}
Từ $\displaystyle\iint\limits_{\Bbb{R}^2}f(x, y)dxdy=1$, ta suy ra $k=2.$
b) Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $X$ là
$$f_X(x)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy.$$
Nếu $x\leq 0$ hoặc $x\geq 1$ thì $f(x, y)=0$ với mọi $y\in\Bbb R$, do đó
$$f_X(x)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dy=0.$$
Nếu $0<x<1$, ta có
\begin{equation}\notag
\begin{aligned}
f_X(x)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\
&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}f(x, y)dy+\displaystyle\int\limits_{0}^{1-x}f(x, y)dy+\displaystyle\int\limits_{1-x}^{+\infty}f(x, y)dy\\
&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}0dy+\displaystyle\int\limits_{0}^{1-x}kdy+\displaystyle\int\limits_{1-x}^{+\infty}0dy\\
&=0+(ky)\Big|_{y=0}^{y=1-x}+0\\
&=k(1-x)\\
&=2(1-x).
\end{aligned}
\end{equation}
Vậy
$$f_X(x)=
\begin{cases}
2(1-x) & \mbox{ khi $0<x<1$},\\
0 & \mbox{ khi $x\notin (0; 1)$}.
\end{cases}$$
Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $Y$ là
$$f_Y(y)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx.$$
Nếu $y\leq 0$ hoặc $y\geq 1$ thì $f(x, y)=0$ với mọi $x\in\Bbb R$, do đó
$$f_Y(y)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dx=0.$$
Nếu $0<y<1$, ta có
\begin{equation}\notag
\begin{aligned}
f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\
&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{0}^{1-y}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{1-y}^{+\infty}f(x, y)dx\\
&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}0dx+\displaystyle\int\limits_{0}^{1-y}kdx+\displaystyle\int\limits_{1-y}^{+\infty}0dx\\
&=0+(kx)\Big|_{x=0}^{x=1-y}+0\\
&=k(1-y)\\
&=2(1-y)\\
\end{aligned}
\end{equation}
Vậy
$$f_Y(y)=
\begin{cases}
2(1-y) & \mbox{ khi $0<y<1$},\\
0 & \mbox{ khi $y\notin (0; 1)$}.
\end{cases}$$
Cho vectơ ngẫu nhiên $(X, Y)$ có hàm mật độ xác suất
Trả lờiXóa$$f(x, y)=
\begin{cases}
kx & \mbox{ nếu $0<y<x<1$},\\
0 & \mbox{ nếu trái lại}.\\
\end{cases}$$
a) Tìm hằng số $k$.
b) Tìm hàm mật độ xác suất của các biến ngẫu nhiên $X$, $Y$.
c) Tính $\Bbb P\Big(0<X\leq\displaystyle\frac{1}{2}; 0<Y\leq\displaystyle\frac{1}{2}\Big)$.
Lời giải:
a) Đặt
$$D=\{(x, y)\in\Bbb{R}^2: 0<y<x<1\}.$$
Ta có
\begin{equation}\notag
\begin{aligned}
\displaystyle\iint\limits_{\Bbb{R}^2}f(x, y)dxdy&=\displaystyle\iint\limits_{D}f(x, y)dxdy
+\displaystyle\iint\limits_{\Bbb{R}^2\backslash D}f(x, y)dxdy\\
&=\displaystyle\iint\limits_{D}kxdxdy
+\displaystyle\iint\limits_{\Bbb{R}^2\backslash D}0dxdy\\
&=k\displaystyle\iint\limits_{D}xdxdy.
\end{aligned}
\end{equation}
Từ $\displaystyle\iint\limits_{\Bbb{R}^2}f(x, y)dxdy=1$, ta suy ra $k\displaystyle\iint\limits_{D}xdxdy=1$.\\
\begin{equation}\notag
\begin{aligned}
\displaystyle\iint\limits_{D}xdxdy&=\displaystyle\int\limits_{0}^{1}(\displaystyle\int\limits_{0}^{x}xdy)dx\\
&=\displaystyle\int\limits_{0}^{1}\Big[(xy)\Big|_{y=0}^{y=x}\Big]dx\\
&=\displaystyle\int\limits_{0}^{1}x^2dx\\
&=\displaystyle\frac{x^3}{3}\Bigg|_{0}^{1}\\
&=\displaystyle\frac{1}{3}.
\end{aligned}
\end{equation}
Do đó $\displaystyle\frac{k}{3}=1$ hay $k=3$.
b) Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $X$ là
Trả lờiXóa$$f_X(x)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy.$$
Nếu $x\leq 0$ hoặc $x\geq 1$ thì $f(x, y)=0$ với mọi $y\in\Bbb R$, do đó
$$f_X(x)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dy=0.$$
Nếu $0<x<1$, ta có
\begin{equation}\notag
\begin{aligned}
f_X(x)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dy\\
&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}f(x, y)dy+\displaystyle\int\limits_{0}^{x}f(x, y)dy+\displaystyle\int\limits_{x}^{+\infty}f(x, y)dy\\
&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{0}0dy+\displaystyle\int\limits_{0}^{x}kxdy+\displaystyle\int\limits_{x}^{+\infty}0dy\\
&=0+(kxy)\Big|_{y=0}^{y=x}+0\\
&=kx^2\\
&=3x^2.
\end{aligned}
\end{equation}
Vậy
$$f_X(x)=
\begin{cases}
3x^2 & \mbox{ khi $0<x<1$},\\
0 & \mbox{ khi $x\notin (0; 1)$}.
\end{cases}$$
Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên $Y$ là
$$f_Y(y)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx.$$
Nếu $y\leq 0$ hoặc $y\geq 1$ thì $f(x, y)=0$ với mọi $x\in\Bbb R$, do đó
$$f_Y(y)=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}0dx=0.$$
Nếu $0<y<1$, ta có
\begin{equation}\notag
\begin{aligned}
f_Y(y)&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{+\infty}f(x, y)dx\\
&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{y}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{y}^{1}f(x, y)dx+\displaystyle\int\limits_{1}^{+\infty}f(x, y)dx\\
&=\displaystyle\int\limits_{-\infty}^{y}0dx+\displaystyle\int\limits_{y}^{1}kxdx+\displaystyle\int\limits_{1}^{+\infty}0dx\\
&=0+\Big(\displaystyle\frac{kx^2}{2}\Big)\Big|_{x=y}^{x=1}+0\\
&=\displaystyle\frac{k-ky^2}{2}\\
&=\displaystyle\frac{3}{2}(1-y^2).
\end{aligned}
\end{equation}
Vậy
$$f_Y(y)=
\begin{cases}
\displaystyle\frac{3}{2}(1-y^2) & \mbox{ khi $0<y<1$},\\
0 & \mbox{ khi $y\notin (0; 1)$}.
\end{cases}$$
c)
Trả lờiXóaTa có
\begin{equation*}\notag
\begin{aligned}
\Bbb P\Big(0<X\leq\displaystyle\frac{1}{2}; 0<Y\leq\displaystyle\frac{1}{2}\Big)&=\Bbb P\Big(0<X\leq Y\leq\displaystyle\frac{1}{2}\Big)\\
&\;\;\;\;\;+\Bbb P\Big(0<Y<X\leq\displaystyle\frac{1}{2}\Big).
\end{aligned}
\end{equation*}
Đặt
$$V=\Big\{(x, y)\in\Bbb R^2: 0<x\leq y<\displaystyle\frac{1}{2}\Big\}.$$
Khi đó với mọi $(x, y)\in V,$ ta có $f(x, y)=0.$ Do đó
\begin{equation}\notag
\begin{aligned}
\Bbb P\Big(0<X\leq Y\leq\displaystyle\frac{1}{2}\Big)&=\Bbb P((X, Y)\in V)\\
&=\displaystyle\iint\limits_{V}f(x, y)dxdy\\
&=\displaystyle\iint\limits_{V}0dxdy\\
&=0.
\end{aligned}
\end{equation}
Đặt
$$W=\Big\{(x, y)\in\Bbb R^2: 0<y<x\leq\displaystyle\frac{1}{2}\Big\}.$$
Khi đó
\begin{equation*}\notag
\begin{aligned}
\Bbb P\Big(0<Y<X\leq\displaystyle\frac{1}{2}\Big)&=\Bbb P((X, Y)\in W)\\
&=\displaystyle\iint\limits_{W}f(x, y)dxdy\\
&=\displaystyle\int\limits_{0}^{\textstyle\frac{1}{2}}\Big(\displaystyle\int\limits_{0}^{x}f(x, y)dy\Big)dx\\
&=\displaystyle\int\limits_{0}^{\textstyle\frac{1}{2}}\Big(\displaystyle\int\limits_{0}^{x}kxdy\Big)dx\\
&=\displaystyle\int\limits_{0}^{\textstyle\frac{1}{2}}\Big((kxy)\Big|_{y=0}^{y=x}\Big)dx\\
&=\displaystyle\int\limits_{0}^{\textstyle\frac{1}{2}}kx^2dx\\
&=\Big(\displaystyle\frac{kx^3}{3}\Big)\Big|_0^{\textstyle\frac{1}{2}}\\
&=\displaystyle\frac{k}{24}\\
&=\displaystyle\frac{1}{8}.
\end{aligned}
\end{equation*}
Do đó
\begin{equation*}\notag
\begin{aligned}
\Bbb P\Big(0<X\leq\displaystyle\frac{1}{2}; 0<Y\leq\displaystyle\frac{1}{2}\Big)&=0+\displaystyle\frac{1}{8}\\
&=\displaystyle\frac{1}{8}.
\end{aligned}
\end{equation*}
thầy ơi,bài 1 ý b sai ạ
Trả lờiXóaGiúp e bài này ạ.gia sử VTNN (X,Y) có phân bố đều trên elíp ((x^2)/9)+((y^2)/4)<=1 . Tìm các hàm mật độ biên.( Giúp e cách tìm f(x,y) thôi ạ
XóaThầy ơi thầy giải bài 3 giúp em với ạ
Trả lờiXóaThầy có giải bài 3 giúp em được không ạ
Trả lờiXóa