概率论与数理统计

HW1

T1.2

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(1)

A=A1A2A3+A1A2A3+A1A2A3

(2)

A 是“三次均未击中目标”的对立事件,即

A=A1A2A3=A1A2A3

(3)

“第一次击中”为 A1,而“第二次、第三次至少有一次击中”(记为A)是“第二次、第三次均未击中”的对立事件,即

A=A2A3

从而

A=A1A=A1A2A3=A1(A2A3)

(4)

“最多击中一次”是“三次均未击中目标”和“仅有一次击中目标”的和事件,即

A=A1A2A3+A1A2A3+A1A2A3+A1A2A3

T1.8

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所求事件为 ABC. 由容斥原理(inclusive-exclusive principle),有

P(ABC)=P(A)+P(B)+P(C)P(AB)P(AC)P(BC)+P(ABC)=1/3+1/3+1/31/801/8+0=3/4

T1.12

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A 为“甲胜利”.


考虑三局两胜制,则 A 相当于“连胜两局“与”前两局中甲乙各胜一局且第三局甲胜”的和事件,记为 A1,则

P(A1)=p2+(21)p(1p)p=p2+2p2(1p)=2p3+3p2

考虑五局三胜制,则 A 相当于"甲连胜三局"、“前三局甲胜两局乙胜一局且第四局甲胜”与“前四局中甲乙各胜两局且第五局甲胜”,记为 A2,则

P(A2)=p3+(32)p2(1p)p+(42)p2(1p)2p=p3+3p3(1p)+6p3(p22p+1)=p3+3p33p4+6p512p4+6p3=6p515p4+10p3

f(p)=P(A1)P(A2)=2p3+3p26p5+15p410p3=6p5+15p412p3+3p2=3p2(2p3+5p24p+1)

考虑 g(p)=2p3+5p24p+1,则

g(p)=6p2+10p4=6(p23)(p1)

从而 g(p)(12,23) 单调减,在 (23,1) 单调增,又因为 g(12)=g(1)=0,在 (12,1) 上有 g(p)<0,从而 f(p)<0,即

P(A1)<P(A2)

即在 p>12 时,五局三胜制更有利.

T1.13

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An 为“甲掷了 n 次硬币后出现正面”,则 P(A)=(112)n112=(12)n

Bn 为“甲从第 n 个盒子中抽到白球”,则 P(B)=1n+112(n1, n=1 )

Cn 为“甲掷了 n 次硬币后出现正面并胜利”,则

P(Cn)=P(AnBn)=P(An)P(Bn)=(12)n1n+1(12)n12=(12)n+1

C 为“甲胜利”,则

P(C)=P(n=1Cn)n=1P(Cn)limn(k=1n(12)k+1)=limn(14(1(12)n+1)112)=12

事实上,有 P(C)<12. 综上,这规则对乙更有利.

T1.17

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设下午 3:00 已经发出第一辆公交车,则给定时间内的发车时间为下午 3:153:303:454:00.

以下午 3:00 为基准时间,设甲、乙的到达时间分别为 xy0<x, y60).

A1 为“甲、乙同乘第一辆车”,则

A1={(x, y)|0<x, y15}

同理,

A2={(x, y)|15<x, y30}
A3={(x, y)|30<x, y45}
A4={(x, y)|45<x, y60}

易知

P(Ai)=152602=116, i=1, 2, 3, 4

A 为“甲、乙同乘一辆车”,则

P(A)=P(i=14Ai)=i=14P(Ai)=14

T1.20

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考虑掷一六面质地均匀骰子. 设 A={ 2 }B={ 6}C={ 3 },则

P(A)=13,P(B)=16,P(C)=12,
P(AB)=P(B)=16,P(BC)=P(B)=16,P(AC)=16,
P(A|B)=P(AB)P(B)=1,P(B|C)=P(BC)P(C)=13,P(A|C)=P(AC)P(C)=13

P(A|B)>P(A)P(B|C)>P(B),但有 P(A|C)=P(A).

T1.23

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(1)

Ar 为所求事件,则

P(Ar)=(n1n)r

(2)

设谣言传播了 r 次,则:

(3)

(3.1)

Ar 为所求事件,则

P(Ar)=(n1n)mr
(3.2)

设谣言传播了 r 次,则

T1.24

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(1)

考虑从第一箱中取,则第一次取取到一等品的概率为 1050

考虑从第二箱中取,则第一次取取到一等品的概率为 1830.

A={},则其概率为

P(A)=121050+121830=25

(2)

B={},则 AB={}.

考虑从第一箱中取,则两次取到一等品的概率为 C102C502=9245

考虑从第二箱中取,则两次取到一等品的概率为 C182C302=51145.

从而,

P(AB)=129245+1251145=2761421

所以有

P(B|A)=P(AB)P(A)=276142152=69014210.486

T1.30

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Bayes 公式:设 BBΩ 的一个划分,P(A)>0,则

P(B|A)=P(AB)P(A)=P(A|B)P(B)P(A|B)P(B)+P(A|B)P(B)

A={}B={}B={}. 则 P(B)=0.1P(B)=0.9P(A|B)=0.95P(A|B)=0.01.

(1)

P(B|A)=P(A|B)P(B)P(A|B)P(B)+P(A|B)P(B)=0.95×0.10.95×0.1+0.01×0.9=951040.913

(2)

Ai={ i }, i=1, 2. A=A1A2={},则 P(Ai|B)=0.95,P(Ai|B)=0.01, i=1, 2.

P(A|B)=P(A1A2|B)=P(A1|B)P(A2|B)=0.952P(A|B)=P(A1A2|B)=P(A1|B)P(A2|B)=0.012.

P(B|A)=P(A|B)P(B)P(A|B)P(B)+P(A|B)P(B)=0.952×0.10.952×0.1+0.012×0.9=902590340.999

T1.33

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Ai={ i (2i)}, i=0, 1, 2B={},则 Ai 是样本空间 Ω 的一个划分.

P(A0)=C22C72=121P(A1)=C51C21C72=1021P(A2)=C52C72=1021

P(B|A0)=411P(B|A1)=511P(B|A2)=611.

(1)

考察全概率公式.

P(B)=i=02P(B|Ai)P(Ai)=411121+5111021+6111021=3877

(2)

考察 Bayes 公式.

首先计算“已知从乙袋中取出的球为白球,从甲袋中取的两球中无白球”的概率,也就是 P(A0|B).

P(A0|B)=P(BA0)P(B)=P(B|A0)P(A0)i=02P(B|Ai)P(Ai)=4111213877=257

所求概率为其对立事件的概率,则

P=P(A0|B)=1P(A0|B)=1257=5557

HW2

摆了

HW3

T2.22

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P(Xx)=0xy(t) dt02y(t) dt=x33+x243=x34+34x2.
F(x)=x34+34x2,0x2,f(x)=F(x)=34x2+32x,0x<2.

T2.27

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固定 a,令 b=a+t,则 0a<1, 0<t<1, b=a+t1.

由题意,设 F(a+t)F(a)=g(t),则

F(a+t)F(a)t=g(t)t

t0,则

limt0g(t)t=F(a)=f(a).

limt0g(t)=0limt0g(t)t=c.

这个结论与 a 的取值无关,故

F(a)=f(a)=c,0<a<1.

又因为

01f(a) da=1,

计算得 c=1,即 f(x)=1,0<x<1. 同时,

F(x)=0xf(a) da=x,0<x<1.

易知 X 服从 (0,1) 上的均匀分布.

T2.37

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(3)

Y=1/X. g(x)=1/x(,0),(0,+) 分别单调减.

I1=(,0) 上,g(x)=1/x 有唯一反函数 h1(y)=1/y,其导函数 h1(y)=1/y2 连续,则

f(h1(y))|h1(y)|I1=1π(1+(1/y)2)|1y2|I(,0)=1π(1+y2)I(,0);

I2=(0,+) 上,同理可得

f(h2(y))|h2(y)|I2=1π(1+y2)I(0,+).

此时由密度变换公式,

f1(y)=j=12f(hj(y))|hj(y)|Ij=1π(1+y2), y0.

不妨定义 f1(0)=1π,这对分布函数没有影响. 此时,

f1(y)=1π(1+y2), <y<+.

从而,X1/X 具有相同的分布.

HW4

T2.40

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XU(0,1),其概率密度函数为 f(x)=1,0<x<1,其分布函数为

F(x)=0xf(t) dt=x.

(1)

g(x)=ex(0,1) 上严格单调,其反函数 h(y)=lny 可导,|h(y)|=h(y)=1/y. 故概率密度函数为

f1(y)=f(h(y))|h(y)|=1y,1<y<e.

(2)

g(x)=1/x(0,1) 上严格单调,其反函数 h(y)=1/y 可导,h(y)=1/y2,|h(y)|=1/y2. 故概率密度函数为

f1(y)=f(h(y))|h(y)|=1y2,1<y<+.

(3)

g(x)=lnxλ(0,1) 上严格单调,其反函数 h(y)=eλy 可导,h(y)=λeλy,|h(y)|=λeλy. 故概率密度函数为

f1(y)=f(h(y))|h(y)|=λeλy,0<y<+.

T2.42

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g(x)=F(x)=xf(t) dt 是严格单调连续函数. 又因为 F(x) 为分布函数,一定为非减函数,从而一定是增函数.

随机变量函数 Y=F(X) 的分布函数为

F1(y)=P(Yy)=P(F(X)y)=F(x)yf(x)dx.

又因为 F(x) 严格增,则 F(x)yxh(y),则

F1(y)=F(x)yf(x)dx=h(y)f(x) dx=F(h(y))=y.

又因为分布函数的值域为 [0,1],得 0y1.

概率密度函数为 f1(y)=dF1(y)dy=1,0y1. 从而,随机变量函数 Y=F(X) 服从区间 (0,1) 上的均匀分布.

T2.44

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Y=g(X) 服从参数为 1 的指数分布,则

f1(y)=λeλy=ey,0<y<+.

其分布函数为

F1(y)=P(Yy)=P(g(X)y)=g(x)yf(x) dx.

y=g(x) 存在反函数 x=h(y),则 g(x)yxh(y),则

F1(y)=g(x)yf(x) dx=0h(y)f(x) dx.

两边求导得

f1(y)=f(h(y))h(y),ey=2(1x)dxdy,ey dy=2(1x) dx,ey dy=2(1x) dx,ey d(y)=d(1x)2,ey+C=(1x)2.

C=0,得

y=g(x)=2ln(1x),0<x<1.

g(x)=21x>0,

g(x) 为所求的在区间 (0,1) 上的单调增函数.

T2.48

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03f(x) dx=1

1a03x2 dx=x33a|03=273a=1,a=9.

从而

f(x)=x29,F(x)=0xf(t) dt=x327,0<x<3.

(1)

在区间 (1,2) 上,随机变量函数 Y 的分布函数为

F1(y)=P(1<Yy)=P(g(X)y)=1<g(x)yf(x) dx=1yx29 dx=x327|1y=y3127.
P(Y=2)=P(X1)=F(1)=127,P(Y=1)=P(X>2)=1P(X2)=1F(2)=1827=1927.

从而,

P(1Yy)=P(Y=1)+P(1<Yy)=1927+y3127=y3+1827.

Y 的分布函数为

F(y)={ 0,y1, y3+1827,1<y<2, 1,y2.

(2)

B1={X|g(X)=1}={X|2X<3}B2={X|g(X)=X}={X|1<X<2}B3={X|g(X)=2}={X|0<X1}Ω={X|0<X<3},则 B1,B2,B3 构成了 Ω 的一个划分.

P(B1)=P(2X<3)=1P(X<2)=1F(2)=1927,P(B2)=P(1<X<2)=F(0<X<2)P(0<X1)=F(2)F(1)=727,P(B3)=P(0<X1)=F(1)=127.

由全概率公式,

P(XY)=P(Xg(X))=P(X1|g(X)=1)P(g(X)=1)+P(XX|g(X)=X)P(g(X)=X)+P(X2|g(X)=2)P(g(X)=2)=P(X1|2X3)P(B1)+P(XX|1<X<2)P(B2)+P(X2|0<X1)P(B3)=0+1×727+1×127=827.

T2.49

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XU(0,1),其概率密度函数为 f(x)=1,0<x<1,其分布函数为

F(x)=0xf(t) dt=x.

(1)

g(x)=x1x,则随机变量 Y=g(X) 的分布函数为

F1(y)=P(Yy)=P(X1Xy)=x1xyf(x) dx=0y/(1+y)1 dx=y1+y,0<y<+.

其概率密度函数为

f1(y)=dF1(y)dy=1(1+y)2,0<y<+.

(2)

g(x)={ x,a<x<1, 0,0<xa.

所以,分布函数为

F1(z)={ 0,z<0, a,0za, z,a<z<1, 1,z1.

(3)

g(x)={ x2+x,0<xb, x2,b<x<1.

g(x) 在区间 (0,b],(b,1) 上分别严格增.

0<b<512 时,b2+b<1. 由密度变换公式,

f1(w)=j=12f(hj(w))|hj(w)|Ij={12w+1/4,0<wb2,12w+1/4+12w,b2<w<b2+b,12w,b2+bw<1;

512b<1 时,b2+b1. 由密度变换公式,

f1(w)=j=12f(hj(w))|hj(w)|Ij={12w+1/4,0<wb2,12w+1/4+12w,b2<w<1.