kaoyan1basic 概率论与数理统计 第3题

教材习题

📝 题目

### 【基础篇】第3题(选择题) 3.设随机变量 $X_{1}, X_{2}, \cdots, X_{n}, \cdots$ 相互独立且均服从 $U[1,4], \Phi(x)$ 是标准正态分布的分布函数,则 $\displaystyle \lim _{n \rightarrow \infty} P\left\{\frac{2 \sum_{i=1}^{n} X_{i}-5 n}{\sqrt{n}} \leqslant x\right\}=$ . (A)$\Phi(x)$ (B)$\Phi(\sqrt{3} x)$ (C)$\displaystyle \Phi\left(\frac{x}{\sqrt{3}}\right)$ (D)$\displaystyle \Phi\left(\frac{2 x}{\sqrt{3}}\right)$

💡 答案解析

**答案**:C **解析**: 步骤1:$X_i\sim U[1,4]$,则$\displaystyle E(X_i)=\frac{1+4}{2}=2.5$,$\displaystyle D(X_i)=\frac{(4-1)^2}{12}=\frac{9}{12}=\frac{3}{4}$。 步骤2:由独立同分布中心极限定理,$\displaystyle \frac{\sum_{i=1}^{n}X_i - n\cdot 2.5}{\sqrt{n\cdot\frac{3}{4}}}=\frac{2\sum_{i=1}^{n}X_i-5n}{\sqrt{3n}}$近似服从$N(0,1)$。 步骤3:$\displaystyle \lim_{n\to\infty}P\left\{\frac{2\sum_{i=1}^{n}X_i-5n}{\sqrt{n}}\leqslant x\right\}=P\left\{\frac{2\sum_{i=1}^{n}X_i-5n}{\sqrt{3n}}\leqslant \frac{x}{\sqrt{3}}\right\}=\Phi\left(\frac{x}{\sqrt{3}}\right)$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:计算均匀分布的期望和方差
由于 $X_i \sim U[1,4]$,期望 $E(X_i) = \frac{1+4}{2} = 2.5$,方差 $D(X_i) = \frac{(4-1)^2}{12} = \frac{9}{12} = \frac{3}{4}$。
公式:$E(X)=\frac{a+b}{2}$, $D(X)=\frac{(b-a)^2}{12}$
提示:均匀分布的期望是区间中点,方差是区间长度的平方除以12。
步骤 2/3
目标:应用独立同分布中心极限定理
由独立同分布中心极限定理,$\frac{\sum_{i=1}^n X_i - n \cdot 2.5}{\sqrt{n \cdot \frac{3}{4}}} = \frac{2\sum_{i=1}^n X_i - 5n}{\sqrt{3n}}$ 近似服从标准正态分布 $N(0,1)$。
公式:$\frac{\sum_{i=1}^n X_i - n\mu}{\sqrt{n}\sigma} \xrightarrow{d} N(0,1)$
提示:注意分母是标准差,需要将方差开方。
步骤 3/3
目标:标准化所求概率并取极限
所求极限为 $\lim_{n\to\infty} P\left\{\frac{2\sum_{i=1}^n X_i - 5n}{\sqrt{n}} \leq x\right\}$。将表达式变形为 $\frac{2\sum_{i=1}^n X_i - 5n}{\sqrt{3n}} \leq \frac{x}{\sqrt{3}}$,因此极限等于 $\Phi\left(\frac{x}{\sqrt{3}}\right)$。
公式:$\Phi(x) = P(Z \leq x)$,其中 $Z \sim N(0,1)$
提示:注意分子分母同时除以 $\sqrt{3}$ 以匹配中心极限定理的形式。

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