常见分布的数学期望
常见分布的数学期望
两点分布
分布律:P(X=k)=pk(1−p)1−k,k=0,1
数学期望:E(X)=0⋅(1−p)+1⋅p=p
二项分布
分布律:P(X=k)=Cnkpk(1−p)n−k,k=0,1,2,…,n
数学期望:E(X)=np
证明:
E(X)=∑k=0nkCnkpk(1−p)n−k=∑k=1nkk!(n−k)!n!pk(1−p)n−k
=np∑k=1n(k−1)!(n−k)!(n−1)!pk−1(1−p)n−k=np∑j=0n−1Cn−1jpj(1−p)n−1−j=np
泊松分布
分布律:P(X=k)=k!λke−λ,k=0,1,2,…
数学期望:E(X)=λ
证明:
E(X)=∑k=0∞kk!λke−λ=λe−λ∑k=1∞(k−1)!λk−1=λe−λeλ=λ
均匀分布
密度函数:f(x)={b−a1,0,a≤x≤b其他
数学期望:E(X)=2a+b
证明:
E(X)=∫abx⋅b−a1dx=b−a1⋅2x2ab=2(b−a)b2−a2=2a+b
指数分布
密度函数:f(x)={λe−λx,0,x≥0x<0
数学期望:E(X)=λ1
证明:
E(X)=∫0∞x⋅λe−λxdx=λ∫0∞xe−λxdx
=λ[−λxe−λx−λ21e−λx]0∞=λ1
正态分布
密度函数:f(x)=2πσ1e−2σ2(x−μ)2
数学期望:E(X)=μ
证明:
E(X)=∫−∞+∞x⋅2πσ1e−2σ2(x−μ)2dx
令 y=x−μ,则:
E(X)=∫−∞+∞(y+μ)⋅2πσ1e−2σ2y2dy
=∫−∞+∞y⋅2πσ1e−2σ2y2dy+μ∫−∞+∞2πσ1e−2σ2y2dy
第一项为 0(奇函数),第二项为 μ,所以 E(X)=μ。
练习题
练习 1
已知随机变量 X 服从参数为 λ 的指数分布,求 E(X)。
参考答案
解题思路:
使用指数分布的数学期望公式。
详细步骤:
- 指数分布的数学期望:E(X)=λ1
- 或者通过积分计算:
E(X)=∫0∞x⋅λe−λxdx=λ1
答案:λ1
练习 2
已知随机变量 X 服从参数为 n,p 的二项分布,求 E(X)。
参考答案
解题思路:
使用二项分布的数学期望公式。
详细步骤:
- 二项分布的数学期望:E(X)=np
- 或者通过定义计算:
E(X)=∑k=0nkCnkpk(1−p)n−k=np
答案:np