使用matlab代码回答并具体解释:设总体 X 服从标准正态分布,X1,X2……Xn是简单随机样本,分别从密度函数曲线和矩关系上验证统计量X1^2 + X2^2(X1^2和X2^2的计算关系是加法)的分布形式。
时间: 2024-06-03 13:06:44 浏览: 169
首先,我们知道 $X^2$ 的分布形式为 $\chi^2(1)$,即自由度为 $1$ 的卡方分布。因此,我们可以使用 $\chi^2(1)$ 分布的密度函数和矩关系来验证 $X_1^2$ 和 $X_2^2$ 的分布形式。
密度函数验证:
由于 $X_1$ 和 $X_2$ 都服从标准正态分布,因此 $X_1^2$ 和 $X_2^2$ 的分布函数分别为:
$$F_{X_1^2}(x) = P(X_1^2 \leq x) = P(-\sqrt{x} \leq X_1 \leq \sqrt{x}) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} \int_{-\sqrt{x}}^{\sqrt{x}} e^{-\frac{t^2}{2}} dt$$
$$F_{X_2^2}(x) = P(X_2^2 \leq x) = P(-\sqrt{x} \leq X_2 \leq \sqrt{x}) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} \int_{-\sqrt{x}}^{\sqrt{x}} e^{-\frac{t^2}{2}} dt$$
对上述积分式进行变量代换,令 $u = \frac{t^2}{2}$,得到:
$$F_{X_1^2}(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} \int_{0}^{x} \frac{1}{\sqrt{u}} e^{-u} du$$
$$F_{X_2^2}(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} \int_{0}^{x} \frac{1}{\sqrt{u}} e^{-u} du$$
对上述积分式进行求导,得到密度函数:
$$f_{X_1^2}(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi x^3}} e^{-\frac{x}{2}}$$
$$f_{X_2^2}(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi x^3}} e^{-\frac{x}{2}}$$
由此可见,$X_1^2$ 和 $X_2^2$ 的分布形式都是卡方分布 $\chi^2(1)$。
矩关系验证:
$\chi^2(1)$ 分布的期望和方差分别为 $1$ 和 $2$,因此可以通过计算 $X_1^2$ 和 $X_2^2$ 的样本均值和样本方差来验证它们的分布形式。
样本均值和样本方差的计算公式为:
$$\bar{X^2} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_i^2$$
$$S^2 = \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^{n} (X_i^2 - \bar{X^2})^2$$
将样本值代入上述公式中计算得到:
$$\bar{X_1^2} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_{1i}^2$$
$$\bar{X_2^2} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} X_{2i}^2$$
$$S_1^2 = \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^{n} (X_{1i}^2 - \bar{X_1^2})^2$$
$$S_2^2 = \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^{n} (X_{2i}^2 - \bar{X_2^2})^2$$
然后,可以计算样本均值和样本方差的期望和方差:
$$E(\bar{X^2}) = \frac{1}{n} E\left(\sum_{i=1}^{n} X_i^2\right) = \frac{1}{n} \cdot n \cdot E(X^2) = 1$$
$$Var(\bar{X^2}) = \frac{1}{n^2} Var\left(\sum_{i=1}^{n} X_i^2\right) = \frac{1}{n^2} \cdot n \cdot Var(X^2) = \frac{2}{n}$$
$$E(S^2) = Var(X^2) = 2$$
$$Var(S^2) = \frac{2}{n-1} \cdot 4 - \frac{2}{n} \cdot 2 = \frac{4}{n-1}$$
由此可见,$X_1^2$ 和 $X_2^2$ 的样本均值和样本方差的期望和方差都满足 $\chi^2(1)$ 分布的矩关系,即 $X_1^2$ 和 $X_2^2$ 的分布形式都是卡方分布 $\chi^2(1)$。
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