概率统计9 一维连续型随机变量的密度函数
一维连续型随机变量
第六讲 一维连续型随机变量教学任务：1．随机变量的分布函数的定义； 2．常见的连续型随机变量。
教学重点：常见的连续型随机变量教学目的：1． 让学生理解随机变量的分布函数的定义； 2． 理解连续型随机变量的定义；3． 学会求一些简单的连续随机变量的密度； 4． 掌握常见的连续型随机变量。
教学方法：课堂教学。
三、随机变量的分布函数对于非离散随机变量, 由于其所有可能取值不能一个一个列举出来, 因此不能用分布律来表示. 而是关心这种随机变量落在一个区间的概率, 并不关心它取各个值的概率. 如测量误差, 考虑落在某一区间内的概率, 产品寿命大于某个数的概率等. 为此, 我们首先引进随机变量分布函数的概念.分布函数的定义 设X 是一个随机变量, 对任意实数x, 则称)()(x X P x F ≤= (2.8)为随机变量X 的分布函数.通过分布函数能用数学分析的方法研究随机变量.分布函数的性质: （1）单调不减函数, 若, 则21x x <)()(21x F x F ≤ 事实上, 当时, 21x x <},{}{21x X x X ≤⊂≤有),()(21x X P x X P ≤≤≤则 )()(21x F x F ≤（2）右连续性 即)0()(+=x F x F（3）, 0)()(lim =−∞=−∞→F x F x 0)()(lim =−∞=∞→F x F x不论随机变量是离散型随机变量或非离散型随机变量, 分布函数)(x F 全面地描述了随机变量的统计规律性.另外，显然有：)()()()()(121221x F x F x X P x X P x X x P −=≤−≤=≤<例题2.7 一袋中装有2个白球和3个黑球, 每次从中任取1个球, 不放回抽样, 直至取到白球为止, 求 (1) 取球次数X 的分布函数; (2) )1(≤X P ; (3) )32/3(≤<X P ; (4))42(≤≤X P .解 X 的概率分布为X 1 2 3 4 )(k X P = 0.4 0.3 0.2 0.1(1) X 的分布函数为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤<≤<≤<≤<=xx x x x x F 41439.0327.0214.010)( )(x F 的图形是一条阶梯形的曲线, 在x=1,2,3,4处有跳跃点, 跳跃值分别为0.4, 0.3, 0.2, 0.1.(3) 5.04.09.0)2/3()3()32/3(=−=−=≤<F F X P(4) 6.03.07.01)2()2()4()42(=+−==+−=≤≤X P F F X P一般地, 设离散型随机变量X 的分布律为 k k p x X P ==)(, L .2.1=k 则X 的分布函数为∑∑≤≤===≤=xx k xx k k k p x X P x X P x F )()()( (2.9)和式是对所有满足的k 求和. x x k ≤)(x F 在k x x =处有跳跃, 其跳跃值. )(k k x X P p ==四、 连续型随机变量及其概率密度连续型随机变量的定义 设)(x F 为随机变量X 的分布函数, 如果存在非负函数)(x f , 使对于任意实数x , 有(2.10)∫∞−=xdt t f x F )()(则称X 为连续型随机变量, 称)(x f 为的概率密度函数.由式(2.10)知, 几何上解释, )(x F 表示曲线)(x f 下，x 轴上方的面积, 所以)(x F 是连续函数. 本书主要讨论两类随机变量: 离散型随机变量和连续型随机变量. 概率密度具有如下性质: (1)非负性 0)(≥x f (2) 归一性∫∞∞−=1)(dx x f (3)∫=≤<21)()(21x x dx x f x X x P (1) 若)(x f 在点x 处连续, 则)()('x f x F =随机变量X 落在小区间],(x x x Δ+上的概率为x x f x x X x P Δ≈Δ+≤<)()( (2,11)x x f Δ)(称为概率微分.连续型随机变量取任一指定的实数值a 的概率为0, 即0)(==a XP .事实上, }{}{a X x a a X≤<Δ−⊂=得)()()(){0x a F a F a X x a a X P Δ−−=≤<Δ−≤=≤0)]()([lim ){lim 00=Δ−−≤=≤→Δ→Δx a F a F a X P x x所以0)(==a XP . 根据这一结果, 则有)()()(b X a P b X a P b X a P <<=≤≤=≤<另有, 若φ=A , 则0)(=A P ; 反之, 若0)(=A P , 并不一定意味着A 是不可能事件.常用的连续型随机变量及其概率密度(1) 均匀分布如果连续型随机变量X 的概率密度为⎪⎩⎪⎨⎧<<−=其他1)(b x a ab x f (2.12) 则称X 在区间(a , b )上服从均匀分布， 简记为),(~b a U X ，∞<<<∞−b a 为参数。
连续型随机变量的概率密度
F ( x) f ( x)dx
则称X为连续型随机变量，称 f (x)为X的概率密度函数，简称 概率密度或密度.
概率论与数理统计
2
❖ 一.连续型随机变量的概率密度 1.概念
x
F ( x) f ( x)dx
➢ 从几何上看, 连续型随机变量X的分
布函数是由概率密度曲线 f (x), x轴,
概率论与数理统计
3
❖ 一.连续型随机变量的概率密度 1.概念
x
F ( x) f ( x)dx
➢ 根据高等数学的知识，容易得到，连续型随机变量的分布函
数一定是连续函数，且在F(x)的导数存在的点上有
F( x) f (x).
➢ 由上述定义，显然，对于任意的实数 x1 x2 ，均有
P
x1 X x2
试求(1)
常数A,
1 Aex1 , x 1.
B的值；(2) 概率密度f
(x)；
(3)
P(X
1 ).
2
➢ 解 (1) 由分布函数的连续性知 lim F( x) F(0), lim F( x) F(1),
x0
x1
可得
A
B,1
A
B,
则
A
B
1 2
.
1 2
e
x
,
故分布函数为：F
(
x
)
1
,
2
x 0, 0 x 1,
概率论与数理统计
❖ 一.连续型随机变量的概率密度 1.概念
➢ 由于连续型随机变量是在实数集上连续取值的随机变量，其 概率分布与离散型完全不同，由于其取值有无穷多个，不能 一一列举，需要用新的方法来研究其分布律. 对于这类随机变 量，用概率密度来描绘连续型随机变量的概率分布.
2.3一维连续型随机变量及其概率密度
P{1 X 3}
3 1 f
( x )dx
2 1 (ax b)dx
1.5a b 0.25
a 0.5, b 1
0.5 x 1 0 x 2 f ( x) 其他 0
0t 2 其他
t f (t ) 2 0
F ( x)
x
f ( t )dt
定义2.3.1 设随机变量X 的分布函数为F (x), 若存 在非负函数 f (x), 使得对 x R 有
x F ( x) f ( t )dt
则称X 为连续型随机变量, f (x)为X 的概率密度函数,
u
x
t
1 e 2
( t )2 2 2
dt
x dt du
( x )
1 2
u2 e 2
du
* X ~ N ( , 2 ),
x X x F ( x ) P{ X x } P b a P {a X b} a P{ X a } 2 1
b a
f ( x )dx
(4) 在 f ( x ) 的连续点x 上，F ( x ) f ( x )；
(5) c R,
P{ X c} 0.
性质（4）： 在 f (x)的连续点 x 处
F ( x x ) F ( x ) f ( x ) lim x 0 x P { x X x x } lim x 0 x
连续型随机变量的概率密度
解：⑴．P1 X 5 F (5) F (1)
(5 2) (1 2)
3
3
1
1 3
1 1 1
3
0.84134 0.62930 1
0.47064
⑵．PX 2 6 1 PX 2 6
1 P 6 X 2 6
x
令 u t
1
t2 x
e 2 dt
2
1
(2) (0) P( X 0) 1 2
() 1 ;() 0
引理：
设X ~ N ， 2 ，则 Y X ~ N ( 0, 1 )
FY
y
PY
y
P{ X
P{X y} 1
y}
y
e
t 2
2 2
dt
2
作变换
u
t
，du
dt
FY y
使用了s 小时，它总共能使用至少 s t
指数分布
若 X 表示某一元件的寿命，则 (*)式表明：已知元件 使用了s 小时，它总共能使用至少 s t 小时的条件 概率与从开始使用时算起它至少能使用 t小时的概 率相等，即元件对它使用过 s 小时没有记忆,具有这
一性质是指数分布具有广泛应用的重要原因.
设X ~ N ， 2 ，则 Y X ~ N ( 0, 1 )
(2)若X~N(,2),
P{X x} P{ X x }
( x )
(3) 若X~N(,2),对于任意区间(x1,x2]有
P( x1
X
x2 )
P
x1
X
x2
x2
x1
【例5】 设 随 机 变 量 X ~ N 2， 9 求 ： ⑴ P1 X 5；⑵ PX 2 6；⑶ PX 0．
连续型随机变量的严格单调函数的概率密度
在概率论和数理统计中，连续型随机变量的概率密度函数是非常重要的概念。
而严格单调函数则是在数学中经常讨论的一个性质。
本文将结合这两个概念，探讨连续型随机变量的严格单调函数的概率密度。
1. 连续型随机变量的概率密度函数我们来回顾一下连续型随机变量的概率密度函数。
在概率论中，概率密度函数是描述一个随机变量在某个取值范围内出现的概率分布的函数。
对于一个连续型随机变量X，其概率密度函数f(x)表示在区间[a, b]内，X落在某一小区间(dx)内的概率。
概率密度函数具有非负性和积分为1的性质，是描述连续型随机变量概率分布的重要工具。
2. 严格单调函数的性质在数学中，一个函数如果满足对任意的x1, x2 (x1 ≠ x2)，若x1<x2则f(x1)<f(x2)或者若x1<x2则f(x1)>f(x2)，则称该函数是严格单调函数。
严格单调函数具有非常重要的性质，比如在一个区间内只有一个零点、在一个区间内只有一个反函数等。
3. 连续型随机变量的严格单调函数的概率密度假设X是一个连续型随机变量，其概率密度函数为f(x)。
如果f(x)是一个严格单调函数，那么我们可以得到一些有趣的结果。
根据严格单调函数的性质，我们可以知道在任意的区间[a, b]内，f(x)的取值是严格单调递增或递减的。
这意味着X落在不同区间内的概率是按照一定的规律递增或递减的。
这对于我们理解连续型随机变量的概率分布有很大的帮助。
4. 个人观点和理解从我个人的观点来看，连续型随机变量的严格单调函数的概率密度是一个非常有意思的话题。
它不仅能帮助我们更深入地理解概率密度函数的特性，还能让我们对随机变量的概率分布有更加直观的认识。
通过研究严格单调函数的概率密度，我们也可以更好地理解随机变量的取值规律和分布特点。
深入研究连续型随机变量的严格单调函数的概率密度对于我们理解概率论和数理统计的基本概念具有重要的意义。
总结：本文通过回顾连续型随机变量的概率密度函数和严格单调函数的性质，探讨了连续型随机变量的严格单调函数的概率密度。
2-3.连续型随机变量的概率密度函数ppt
f (x)
0
x
28
连续型随机变量
（2）分布函数
若 X ~ N ， 2 ，则其分布函数为
x
Fx f tdt
1
x (t )2
e 2 2 dt x
2
若 X ~ N 0， 1，则其分布函数为
该乘客候车时间不超过5分钟的概率．
解：设该乘客于7时X 分到达乘到此客7站:3到0,之达X间此服的站从均的匀区时随间间机是[变0,73量:000]
上的均匀分布．其 密 度 函 数 为
f
x
1 30
0 x 30
0 其 它
令：B={候车时间不超过5分钟 },则
PB P10 X 15 P25 X 30
0
x
25
连续型随机变量
密度函数的验证
xdx
只验证
f
x dx
1
x 2
e 2 2 dx 1
2
作变换：u x ， 则 du dx
1
x2
e 2 dx 1
2
则有
见高等 数学 （下） 二重积 分
1
x 2
e 2 2 dx
2
x2
( e 2 dx 2 )
1
1
15
1
30
dx
1
dx
1
10 30
25 30
3
20
连续型随机变量
例 6 设随机变量Y 服从区间 1， 3上的均匀分布，
试求方程 4x 2 4Y x (Y 2) 0 有实根的概率．
解
§2.3 连续型随机变量及其分布
（2）指数分布 若随机变量 的密度函数p( x) 为：
e x , x 0 p ( x) ( 0) ，则称 服从参数为 的指 0, x 0
数分布，记作 ~ E( )
指数分布是一种应用广泛的连续型分布，它 常被用来描述各种“寿命”的分布，例如无线电 电元件的寿命、电话问题中的通话时间等都可以
k ) 2 (k ) 1
注意 这个概率与 无关.
例2.3.7 设随机变量 （1）P(102 117) （2）常数a，使得
服从正态分布 N (108,9) 求
P( a) 0.95
解（1） P(102 117 ) (117 108 ) (102 108 )
2） F ( x) p(t )dt
xபைடு நூலகம்
x
注意
1) 求密度函数中的待定常数往往借助 2) 由密度函数求分布函数需要对自变
于密度函数的性质.
量的情形进行讨论.
例2.3.3 设连续型随机变量的分布函数为
0, x a xa F ( x) ,a x b b a 1, x b
则称 服从区间a, b 上的均匀分布，记作 ~ U a, b 向区间
a, b 上均匀投掷随机点，则随机点的
坐标 服从 a, b 上的均匀分布.在实际问题中， 还有很多均匀分布的例子，例如乘客在公共汽车 站的候车时间，近似计算中的舍入误差等都服从 均匀分布.
设随机变量 ~ U a, b ，则对任意满足c, d a, b
解：
P ( ) P ( 1
1) 2 (1) 1 0.6826
2) 2 (2) 1 0.9545
3.2常见的一维连续型随机变量-PPT文档
a
b x
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2019年2月5日星期二
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3.2
均匀分布的分布函数
常用连续型随机变量
若 随 机 变 量 X 服 从 区 间 ab ， 上 的 均 匀 分 布 ， 则 X 的 分 布 函 数 为
0 xa x a Fx a x b b a b x 1
a b
由此可知，
2019年2月5日星期二
1 dx 1 ． ba a 1 a x b f xba 确是密度函数． 其它 0 返回主目录
1
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3.2
均匀分布的概率背景
常用连续型随机变量
如果随机变量 X 服从区间 a ， b 上的均匀分布， 变量
1．
由此可知，
ex f x 0
2019年2月5日星期二 8
确是一密度函数．
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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3.2
常用连续型随机变量
指数分布的分布函数
若随机变量 X服从参数 指数分布， 则 X 的分布函数为
x0 0 x x F 1 e x 0
2019年2月5日星期二
11
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3.2
密度函数的验证
常用连续型随机变量
2 设 X ~ N ， ， f x 是其密度函数
1 f x e 2
x 2
2 2
0
下面验证：
x
x 2 2
2
1 f x dx e 2
2019年2月5日星期二 12
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《概率统计II》
连续型随机变量的密度函数
(Density Function of Continuous Random Variable )
2014年7月
姓名： 学校：
引例 产品尺寸问题
测量误差 分子运动速度 电灯泡的寿命
可能取值 为实数轴 上某区间
这类随机变量无法像离散型随机变量那 样，列出所有可能取值对应的概率、写 出分布律
x
F ( x) f ( x)dx
• 连续型随机变量：密度函数 • 已知分布函数求密度函数，是导数的具
体应用 • 已知密度函数求分布函数，是含参变量
的积分的具体应用
课后作业
练习册2-3: 第2、3题
(1) 求系数A
(2) 求P0 x 1
(3) 求分布函数F(x)
思考与讨论
在计算连续型随机变量落在某一区间内的概 率时，是否需要区分该区间是开区间还是闭 区间或者是半闭区间？
pa X b ? pa X b ? pa X b ?
内容小结
连续型随机变量的密度函数
定义：设 X 是一随机变量，F(x) 是它的分 布函数。如果存在某个非负函数 f ( x )，使 对任意的实数x，有
x
F ( x) f ( x)dx
则称随机变量X为连续型随机变量，并称 f ( x )为随机变量X的密度函数。
连续型随机变量的密度函数
性质：
y f(x)
f ( x)dx 1
对于任意的a, b (a<b)有：
P(a X b) F(b) F(a)
b
Oa
b
x f ( x)dx a
在 F(x)可导点x处，满足：
dF ( x) f ( x) dx
应用
例1 设随机变量 的密度函数为： f ( x) Ae x , x
关心 X ∈ [a, b]的概率P{a≤X ≤b}
连续型随机变量的密度函数
单位长度的质量 f ( x ) 线位长度的概率 f ( x ) 概率密度
b
P{a X b} a f ( x)dx
随机变量X落于该区间[a,b]上的概率 P{a≤X ≤ b} 等于概率密度f ( x )在区间[a,b]上的积分。