kaoyan1basic 概率论与数理统计 第11题

教材习题

📝 题目

### 【基础篇】第11题(选择题) 11.随机试验 $E$ 有三种两两不相容的结果 $A_{1}, A_{2}, A_{3}$ ,且三种结果发生的概率均为 $\displaystyle \frac{1}{3}$ 。将试验 $E$独立重复做 2 次,$X$ 表示 2 次试验中结果 $A_{1}$ 发生的次数,$Y$ 表示 2 次试验中结果 $A_{2}$ 发生的次数,则 $X$ 与 $Y$ 的相关系数为 ). (A)$\displaystyle -\frac{1}{2}$ (B)$\displaystyle -\frac{1}{3}$ (C)$\displaystyle \frac{1}{3}$ (D)$\displaystyle \frac{1}{2}$

💡 答案解析

**答案**:A **解析**: 步骤1:由题意,$X$和$Y$服从多项分布,$(X,Y)$的联合分布为$\displaystyle P(X=i,Y=j)=\frac{2!}{i!j!(2-i-j)!}\left(\frac13\right)^2$,其中$i,j=0,1,2$且$i+j\le2$。 步骤2:计算$\displaystyle E(X)=\frac23$,$\displaystyle E(Y)=\frac23$,$\displaystyle D(X)=\frac49$,$\displaystyle D(Y)=\frac49$,$\displaystyle E(XY)=\frac29$,则$\displaystyle \operatorname{Cov}(X,Y)=E(XY)-E(X)E(Y)=\frac29-\frac49=-\frac29$。 步骤3:相关系数$\displaystyle \rho_{XY}=\frac{\operatorname{Cov}(X,Y)}{\sqrt{D(X)D(Y)}}=\frac{-\frac29}{\frac49}=-\frac12$。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:确定(X,Y)的联合分布
由于每次试验有3种等可能结果,重复2次,X和Y服从多项分布。联合概率为P(X=i,Y=j)=2!/(i!j!(2-i-j)!) * (1/3)^2,其中i,j=0,1,2且i+j≤2。
公式:P(X=i,Y=j)=\frac{2!}{i!j!(2-i-j)!}\left(\frac13\right)^2
提示:注意i+j≤2,且i,j为非负整数。
步骤 2/4
目标:计算期望E(X), E(Y), D(X), D(Y), E(XY)
由二项分布知X~B(2,1/3),Y~B(2,1/3),故E(X)=2/3,E(Y)=2/3,D(X)=2*(1/3)*(2/3)=4/9,D(Y)=4/9。计算E(XY):E(XY)=∑_{i,j} i*j*P(X=i,Y=j)=0*0*1/9+0*1*2/9+0*2*1/9+1*0*2/9+1*1*2/9+1*2*0+2*0*1/9+2*1*0+2*2*0=2/9。
公式:E(X)=np=2/3, D(X)=np(1-p)=4/9, E(XY)=2/9
提示:利用多项分布性质计算E(XY)时,可只计算非零项。
步骤 3/4
目标:计算协方差Cov(X,Y)
Cov(X,Y)=E(XY)-E(X)E(Y)=2/9 - (2/3)*(2/3)=2/9-4/9=-2/9。
公式:\operatorname{Cov}(X,Y)=E(XY)-E(X)E(Y)
提示:协方差为负表明X和Y负相关。
步骤 4/4
目标:计算相关系数ρ_{XY}
ρ_{XY}=Cov(X,Y)/√(D(X)D(Y))=(-2/9)/√((4/9)*(4/9))=(-2/9)/(4/9)=-1/2。
公式:\rho_{XY}=\frac{\operatorname{Cov}(X,Y)}{\sqrt{D(X)D(Y)}}
提示:注意分母开方后为正数。

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