kaoyan3basic 概率论与数理统计 第560题

教材习题

📝 题目

### 第560题 560 设总体 $X$ 与 $Y$ 都服从正态分布 $N\left(0, \sigma^{2}\right)$ ,已知 $X_{1}, \cdots, X_{m}$ 与 $Y_{1}, \cdots, Y_{n}$ 是分别来自总体 $X$与 $Y$ 两个相互独立的简单随机样本,统计量 $\displaystyle Y=\frac{2\left(X_{1}+\cdots+X_{m}\right)}{\sqrt{Y_{1}^{2}+\cdots+Y_{n}^{2}}}$ 服从 $t(n)$ 分布,则 $\displaystyle \frac{m}{n}$ 等于 (A) 1 . (B)$\displaystyle \frac{1}{2}$ . (C)$\displaystyle \frac{1}{3}$ . (D)$\displaystyle \frac{1}{4}$ .

💡 答案解析

**答案**:B **解析**:步骤1:$\displaystyle U=\frac{X_1+\cdots+X_m}{\sigma\sqrt{m}}\sim N(0,1)$,$\displaystyle V=\frac{Y_1^2+\cdots+Y_n^2}{\sigma^2}\sim\chi^2(n)$。 步骤2:$\displaystyle Y=\frac{2(X_1+\cdots+X_m)}{\sqrt{Y_1^2+\cdots+Y_n^2}}=\frac{2\sigma\sqrt{m}U}{\sigma\sqrt{V}}=\frac{2\sqrt{m}U}{\sqrt{V}}$。 步骤3:$Y\sim t(n)$要求分子为$N(0,1)$,分母为$\sqrt{\chi^2(n)/n}$,即$\displaystyle \frac{U}{\sqrt{V/n}}\sim t(n)$,故$2\sqrt{m}=\sqrt{n}$,得$\displaystyle \frac{m}{n}=\frac{1}{4}$。 **难度**:★★★★☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:构造标准正态分布和卡方分布
由于X_i ~ N(0, σ^2),则X_1+...+X_m ~ N(0, mσ^2),标准化得U = (X_1+...+X_m)/(σ√m) ~ N(0,1)。Y_i ~ N(0, σ^2),则Y_i^2/σ^2 ~ χ^2(1),且独立,故V = (Y_1^2+...+Y_n^2)/σ^2 ~ χ^2(n)。
公式:U = (∑X_i)/(σ√m) ~ N(0,1); V = (∑Y_i^2)/σ^2 ~ χ^2(n)
提示:注意标准化时除以标准差σ√m,卡方分布由独立标准正态平方和得到。
步骤 2/3
目标:将统计量Y用U和V表示
Y = 2∑X_i / √(∑Y_i^2) = 2σ√m U / (σ√V) = 2√m U / √V。
公式:Y = 2√m U / √V
提示:分子分母同时约去σ。
步骤 3/3
目标:与t分布标准形式比较
t分布定义为T = Z / √(W/n),其中Z ~ N(0,1),W ~ χ^2(n)。因此Y应化为U / √(V/n)的形式。当前Y = 2√m U / √V = (2√m/√n) * (U / √(V/n))。为使Y ~ t(n),需2√m/√n = 1,即2√m = √n,两边平方得4m = n,故m/n = 1/4。
公式:t(n) = U / √(V/n); 比较得2√m = √n
提示:注意t分布的分母是√(χ^2/n),而不是√χ^2。

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