题目
31、设随机变量x在[0,π]上服从均匀分布,则E[X-E(X)]^2=(pi)/(12).( )(2分)bigcirc正确bigcirc错误
31、设随机变量x在[0,π]上服从均匀分布,则$E[X-E(X)]^{2}=\frac{\pi}{12}$.( )(2分)
$\bigcirc$正确
$\bigcirc$错误
题目解答
答案
设随机变量 $X$ 在 $[0, \pi]$ 上服从均匀分布,其期望值为:
\[
E(X) = \frac{0 + \pi}{2} = \frac{\pi}{2}.
\]
方差公式为:
\[
E[X - E(X)]^2 = \int_0^\pi \left( x - \frac{\pi}{2} \right)^2 \cdot \frac{1}{\pi} \, dx.
\]
令 $u = x - \frac{\pi}{2}$,则积分变为:
\[
\frac{1}{\pi} \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} u^2 \, du = \frac{1}{\pi} \cdot \frac{\pi^3}{12} = \frac{\pi^2}{12}.
\]
或直接使用均匀分布方差公式:
\[
D(X) = \frac{(\pi - 0)^2}{12} = \frac{\pi^2}{12}.
\]
与题目给定值 $\frac{\pi}{12}$ 不符,故答案为 $\boxed{\text{错误}}$。
解析
考查要点:本题主要考查均匀分布的方差计算,需要掌握均匀分布的期望和方差公式,以及积分法求方差的能力。
解题核心思路:
- 均匀分布的期望:在区间$[a,b]$上,均匀分布的期望为$\frac{a+b}{2}$。
- 方差公式:均匀分布的方差为$\frac{(b-a)^2}{12}$,或通过积分$\int_a^b (x-\mu)^2 f(x)dx$计算,其中$\mu$为期望,$f(x)$为概率密度函数。
破题关键点:
- 明确区间$[0,\pi]$,代入方差公式或直接积分,验证结果是否与题目给出的$\frac{\pi}{12}$一致。
步骤1:计算期望
随机变量$X$在$[0,\pi]$上服从均匀分布,概率密度函数为$f(x)=\frac{1}{\pi}$。
期望值为:
$E(X) = \frac{0 + \pi}{2} = \frac{\pi}{2}.$
步骤2:计算方差
方差公式为:
$E\left[(X - E(X))^2\right] = \int_0^\pi \left(x - \frac{\pi}{2}\right)^2 \cdot \frac{1}{\pi} \, dx.$
方法1:变量代换
令$u = x - \frac{\pi}{2}$,则积分区间变为$[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]$,积分变为:
$\frac{1}{\pi} \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} u^2 \, du = \frac{1}{\pi} \cdot \left[ \frac{u^3}{3} \right]_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} = \frac{1}{\pi} \cdot \frac{\pi^3}{12} = \frac{\pi^2}{12}.$
方法2:直接应用均匀分布方差公式
均匀分布的方差为:
$D(X) = \frac{(\pi - 0)^2}{12} = \frac{\pi^2}{12}.$
结论:
题目中给出的$\frac{\pi}{12}$与正确结果$\frac{\pi^2}{12}$不符,因此答案为错误。