例2.4.2 已知X的密度函数为f X(x),求:Y=a X+b(a≠0)的密度函数f Y(y).
解 FY(y)=P{Y≤y}=P{a X+b≤y}
将FY(y)关于y求导,即得Y的密度函数为
f Y(y)=F′Y(y)
一般地有如下定理:
定理2.4.1 设连续型随机变量X的密度函数为f X(x),若y=g(x)是处处可导且恒有g′(x)>0(或恒有g′(x)<0)的函数,其反函数为x=g-1(y),则Y=g(X)的密度函数为
其中α=min g(-∞),g(+∞{ }),β=max g(-∞),g(+∞{ }).
证明 仅证g(x)单调递增 ⇒g′(x)>0⇒[g-1(y)]′>0
因为在(α,β)内取值,所以
当y≤α时,FY(y)=P{Y≤y}=0;
当y≥β时,FY(y)=P{Y≤y}=1;
当α<y<β时,因为
FY(y)=P{Y≤y}=P{g(X)≤y}=P{X≤g-1(y)}=FX(g-1(y))
将FY(y)关于y求导,即得Y的密度函数为
当X是连续型随机变量时,求Y=g(X)的概率密度的一般方法是:
(1)先求Y的分布函数FY(y)的表达式,并将它由X的概率密度表示;
(2)再由FY(y)对y求导,得Y的概率密度函数f Y(y).
求Y=3X+1的密度函数f Y(y).
解 先求Y的分布函数FY(y)
将FY(y)对y求导数,得Y的概率密度函数f Y(y)为
例2.4.5 设X~N(0,1),试求Y=X2的概率密度
解 X的概率密度为
由于Y=X2≥0,故当y≤0时,有
FY(y)=P{Y≤y}=P{X2≤y}=0;
当y>0时,有
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