kaoyan1basic 概率论与数理统计 第1题

教材习题

📝 题目

### 【基础篇】第1题(选择题) 1.设 $X_{1}, X_{2}, \cdots, X_{10}$ 是来自正态总体 $X \sim N\left(0, \sigma^{2}\right)(\sigma>0)$ 的简单随机样本,$\displaystyle Y^{2}=\frac{1}{9} \sum_{i=2}^{10} X_{i}^{2}$ ,则 ( ). (A)$X_{1}^{2} \sim \chi^{2}(1)$ (B)$Y^{2} \sim \chi^{2}$(9) (C)$\displaystyle \frac{X_{1}}{|Y|} \sim t(9)$ (D)$\displaystyle \frac{X_{1}^{2}}{Y^{2}} \sim F(9,1)$

💡 答案解析

**答案**:C

**解析**:$X_1\sim N(0,\sigma^2)$,故$X_1^2/\sigma^2\sim\chi^2(1)$,但$X_1^2$本身不是$\chi^2(1)$,需除以$\sigma^2$,A错。$\displaystyle Y^2=\frac19\sum_{i=2}^{10}X_i^2$,$\sum_{i=2}^{10}X_i^2/\sigma^2\sim\chi^2(9)$,故$Y^2/\sigma^2\sim\chi^2(9)/9$,即$\displaystyle Y^2\sim\frac{\sigma^2}{9}\chi^2(9)$,不是$\chi^2(9)$,B错。$\displaystyle \frac{X_1}{|Y|}=\frac{X_1/\sigma}{\sqrt{Y^2/\sigma^2}}=\frac{X_1/\sigma}{\sqrt{\frac19\sum_{i=2}^{10}(X_i/\sigma)^2}}$,分子$X_1/\sigma\sim N(0,1)$,分母$\displaystyle \sqrt{\frac19\sum_{i=2}^{10}(X_i/\sigma)^2}=\sqrt{\frac{\chi^2(9)}{9}}$,故$\displaystyle \frac{X_1}{|Y|}\sim t(9)$,C正确。$\displaystyle \frac{X_1^2}{Y^2}=\frac{X_1^2/\sigma^2}{Y^2/\sigma^2}=\frac{\chi^2(1)}{\chi^2(9)/9}=9\frac{\chi^2(1)}{\chi^2(9)}\sim F(1,9)$,不是$F(9,1)$,D错。

**难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:分析选项A:判断X1^2是否服从卡方分布
由于X1~N(0,σ^2),标准化得X1/σ~N(0,1),故(X1/σ)^2~χ^2(1)。但X1^2本身不服从χ^2(1),需除以σ^2。因此A错误。
公式:X1/σ~N(0,1) ⇒ (X1/σ)^2~χ^2(1)
提示:注意标准化步骤,卡方分布要求标准正态变量的平方和。
步骤 2/4
目标:分析选项B:判断Y^2是否服从卡方分布
由X_i~N(0,σ^2),i=2,...,10,得∑_{i=2}^{10}(X_i/σ)^2~χ^2(9)。而Y^2=(1/9)∑_{i=2}^{10}X_i^2,故Y^2/σ^2=(1/9)∑_{i=2}^{10}(X_i/σ)^2~χ^2(9)/9,即Y^2~(σ^2/9)χ^2(9),不是χ^2(9)。因此B错误。
公式:∑_{i=2}^{10}(X_i/σ)^2~χ^2(9) ⇒ Y^2/σ^2~χ^2(9)/9
提示:卡方分布是平方和除以方差,注意系数。
步骤 3/4
目标:分析选项C:判断X1/|Y|是否服从t分布
构造t统计量:分子X1/σ~N(0,1),分母√(Y^2/σ^2)=√[(1/9)∑_{i=2}^{10}(X_i/σ)^2]~√(χ^2(9)/9)。因此X1/|Y|=(X1/σ)/√(Y^2/σ^2)~t(9)。C正确。
公式:t = Z/√(U/n),其中Z~N(0,1),U~χ^2(n),且独立
提示:注意分子分母独立,且分母根号内为卡方除以自由度。
步骤 4/4
目标:分析选项D:判断X1^2/Y^2是否服从F分布
X1^2/Y^2 = (X1^2/σ^2) / (Y^2/σ^2) = χ^2(1) / [χ^2(9)/9] = 9·χ^2(1)/χ^2(9) ~ F(1,9),不是F(9,1)。因此D错误。
公式:F = (U1/d1)/(U2/d2),其中U1~χ^2(d1),U2~χ^2(d2),独立
提示:注意F分布的自由度顺序,分子自由度在前。

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