例 1,某班有 N 个人,其中有 in 个人为 ia 分,ki?,2,1?,
Nn
k
i
i
1
,求平均成绩。
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望 § 1 数学期望解,
平均成绩为,

k
i
i
i
k
i
ii
N
n
ana
N 11
1
若用 X 表示成绩,则 NnaXP ii }{



k
i
ii
k
i
i
i aXPaN
na
11
}{
返回主目录
1,数学期望定义设离散型随机变量 X 的分布律为:
kk
pxXP }{,?,2,1?k
,
若级数?
1i
kk
px 绝对收敛,
则称级数?
1i
kk
px 的和为随机变量 X 的数学期望。
记为 EX,即 E X =?
1k
kk
px 。
(1) 离散型第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望数学期望也称为均值。 返回主目录设连续型随机变量 X 的概率密度为 )( xf,
若积分?

dxxxf )( 绝对收敛,则称积分?

dxxxf )(
的值为 X 的数学期望。记为 E X =?

dxxxf )(,
数学期望也称为均值。
(2),连续型第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望返回主目录第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望说 明变化的平均值.的数学期望刻划了 XX)1(
的求和顺序无关.
的和与其级数时,才能保证级数绝对收敛只有当级数变化的平均值,因此,
机变量的数学期望表示的是随由于随机变量

11
1
)2(
n
nn
n
nn
n
nn
pxpx
px
XX返回主目录第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望
:的射击水平由下表给出甲、乙两人射击,他们
:甲击中的环数;X
:乙击中的环数;Y
X 8 9 10
P 0,1 0,3 0,6Y 8 9 10
P 0.2 0.5 0.3
平较高?试问哪一个人的射击水例 2
返回主目录第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望解:
例 2(续)
为甲、乙的平均环数可写
5.96.0103.091.08EX
1.93.0105.092.08EY
的好.,甲的射击水平要比乙因此,从平均环数上看返回主目录第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望
,其密度函数为分布服从设随机变量 C au ch yX
由于



dxxfx
xxxf 21 11?


dx
x
x
2
1
1


0
2
1
2 dx
x
x



0
2
1ln1 x

不绝对收敛,这表明积分?


dxxxf 不存在.因而 EX
例 3
返回主目录设离散型随机变量 X 的分布律为:
X 0 1 2
P 0,1 0,2 0,7
例 4
则 E X = 0 * 0,1 + 1 * 0,2 + 2 * 0,7 = 1,6
若离散型随机变量 X 的分布律为:
X 0 1 2
P 0,7 0,2 0,1
则 E X = 0 * 0,7 + 1 * 0,2 + 2 * 0,1 = 0,4
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望此例说明了数学期望更完整地刻化了 x的均值状态。
返回主目录按规定,火车站每天 8,0 0 ~ 9,0 0,9,0 0 ~ 1 0,0 0 都恰有一辆客车到站,但到站的时刻是随机的,且两者到站的时间相互独立,其规律为:
到站时间 8,1 0,9,1 0 8,3 0,9,3 0 8,5 0,9,5 0
概率 1 / 6 3 / 6 2 / 6
例 5
解:设旅客的候车时间为 X (以分记)
(1 ) X 的分布律,X 1 0 3 0 5 0
P 1 / 6 3 / 6 2 / 6
E X = 1 0 * ( 1 / 6 ) + 3 0 * ( 3 / 6 ) + 5 0 * ( 2 / 6 ) = 3 3,3 3 ( 分 )
第四章 随机变量的数字特征
( 1) 旅客 8,00 到站,求他侯车时间的数学期望。
( 2) 旅客 8,20 到站,求他侯车时间的数学期望。
返回主目录
X 1 0 30 5 0 7 0 9 0
P 3 / 6 2 / 6 ( 1 / 6 ) * ( 1 / 6 ) ( 3 / 6 ) * ( 1 / 6 ) ( 2 / 6 ) * ( 1 / 6 )
E X = 1 0 * ( 3 / 6 ) + 3 0 * ( 2 / 6 ) + 5 0 * ( 1 / 3 6 ) + 7 0 * ( 3 / 3 6 ) + 9 0 * ( 2 / 3 6 )
= 2 7,2 2 ( 分 )
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望到站时间 8,10,9,10 8,3 0,9,3 0 8,5 0,9,5 0
概率 1/ 6 3/ 6 2/ 6
( 2)旅客 8,20分到达
X的分布率为返回主目录
2、随机变量函数的数学期望定理 1:
( 2 ),若 X 的概率密度为 )( xf,且?

dxxfxg )()( 绝对收敛,
则 E Y =?

dxxfxg )()( 。
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望返回主目录设 Y=g(X),g(x) 是连续函数,
( 1)若 X 的分布率为且 绝对收敛,则 EY=
}{ kk xXPP

1
)(
k
kk xgP
,2,1?k
1
)(
k
kk xgP
若 ),( YX 是二维随机变量,),( yxg 是二元连续函数,
),( yxgZ?
定理 2:
( 1 ),若 ),( YX 的分布律为 ijji PyYxXP },{,
且?
1,
),(
ji
ijji Pyxg 绝对收敛;则 E Z =?
1,
),(
ji
ijji Pyxg 。
( 2 ),若 ),( YX 的概率密度为 ),( yxf,



d x d yyxfyxg ),(),( 绝对收敛,
则,EZ=


d x d yyxfyxg ),(),( 。
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望返回主目录设风速 V 在 ( 0,a ) 上服从均匀分布,又设飞机机翼受到的正压力 W 是 V 的函数,2kVW?,( k > 0 ) ;
求 EW 。
例 6
解:

其它;,0;0,/1
)(
aa
f V
E W =


a
V kadakdfk
0
222
3
1)/1()(
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望返回主目录例 7
E X =



0
1
0
1 3
12),(
x
dyxdxd x d yyxxf
E ( - 3 X + 2 Y ) =
3
1)23(20
1
0
1



x
dyyxdx
E X Y =



0
1
0
1 12
12),(
x
y d yxdxd x d yyxxyf
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望

其它;,0
),(,2
),(
Ayx
yxf
解,0 x
y
01 yx
设 (X,Y)在区域 A上服从均匀分布,其中 A为 x轴,
y轴和直线 x+y+1=0所围成的区域 。
求 EX,E(-3X+2Y),EXY。
设在国际市场上每年对我国某种出口商品的需求量是随机变量 X (吨),它在 [ 2 0 0 0,4 0 0 0 ]
上服从均匀分布,又设每售出这种商品一吨,
可为国家挣得外汇 3 万元,但假如销售不出而囤积在仓库,则每吨需浪费保养费 1 万元。
问需要组织多少货源,才能使国家收益最大。
例 8
解:设 y 为预备出口的该商品的数量,这个数量可只 介于 2000 与 4000 之间,
用 Z 表示国家的收益 (万元)

),(3
,3
XyX
y
Z
yX
yX
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望返回主目录即,组织 3500 吨此种商品是最佳的决策。
(例 8续)


),(3
,3
)(
xyx
y
xgz
yx
yx
下面求 EZ,并求使 EZ 达到最大的 y 值,
dx
y
dx
xyx
dxxfxgEZ
y
y




4000
2000
2 0 0 0
3
2 0 0 0
)(3
)()(
8 2 5 0)3 5 0 0(
1 0 0 0
1
]10*43 5 0 0)3 5 0 0[(
1 0 0 0
1
]10*47 0 0 0[
1 0 0 0
1
2
422
62



y
y
yy
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望
4 0 0 02 0 0 0 y
3、数学期望的性质
II ) E c X = c E X,c 是常数,
I ) E c = c,c 是常数,若 bXa,
则 bEXa,
III ) E ( a X + b Y ) = a E X + b E Y
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望
IV)
若 x,y独立,则 EXY=EXEY


n
i
n
i
iiii EXaXaE
1 1
)(
返回主目录例 9
假设所有人的血液呈阳性反应的概率都是 P,且各次化验结果是相互独立的。
试说明适当选取 k 可使第二个方案减少化验次数。
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望对 N个人进行验血,有两种方案:
( 1) 对每人的血液逐个化验,共需 N次化验;
( 2) 将采集的每个人的血分成两份,然后取其中的一份,按 k个人一组混合后进行化验
( 设 N是 k的倍数 ),若呈阴性反应,则认为
k个人的血都是阴性反应,这时 k个人的血只要化验一次;如果混合血液呈阳性反应,则需对 k个人的另一份血液逐一进行化验,这时
k个人的血要化验 k+1次;
返回主目录
(例 9续)
iX 只可能取两个值 1 或 k + 1,
下面求 iEX,
k
i qXP }1{,pq 1 ;
k
i qkXP 1}1{ ;
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望解:设 X表示第二个方案下的总化验次数,表示第 i个组的化验次数,则 iX



k
N
i
i
k
N
i
i EXEXXX
11
,且个组的平均化验次数。第表示平均化验次数,表示第二种方案下总的
i
EXEX i
返回主目录只要选 k 使 1/11 kqk,即 kqk?/1,就可使第二个方案减少化验次数;当 q 已知时,若选 k 使
kqkkf /11)( 取最小值,就可使化验次数最少。
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望(例 9续)
kkk
i kqkqkqEX 1)1)(1(,
kNi /,,2,1 ;
)11()1( kk qkNkqkkNEX所以例如:当 p=0.1,q=0.9时,可证明 k=4可使最小;
这时,
NNEX 5939.0)9.04/11( 4
工作量将减少 40%,返回主目录一民航送客载有 20 位旅客自机场开出,旅客有 10
个车站可以下车,如到达一个车站没有旅客下车就不停车。以 X 表示停车的次数。
求 EX (设每个旅客在各个车站下车是等可能的,并设各旅客是否下车相互独立)。
解:设

站有人下车第站没人下车第
i
iX
i,1
,0,
10,,2,1i,
例 10
易见 101 XXX,?
10
1i
iEXEX,
20)10/9(}0{iXP,20)10/9(1}1{iXP,10,,1i,
20)10/9(1iEX,10,,1i,
)(784.8])10/9(1[10 20 次EX 。
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望返回主目录不是相互独立的此时,10,,2,1iX i
第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望例 11
用某台机器生产某种产品,已知正品率随着该机器所用次数的增加而指数下降,即
P{第 k次生产出的产品是正品 }=,0,,2,1,ke k
假设每次生产 100件产品,试求这台机器前 10次生产中平均生产的正品总数。
解,设 X是前 10次生产的产品中的正品数,并设



10
1
1 0 0
1
.X
,100,,2,1,10,,2,1
.0
,1
k i
ki
ki
X
ik
ik
X
则否则,
件产品是正品;次生产的第第

返回主目录第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望所以分布,—的服从而
,100,,2,1
.)()10(


i
eXEepX kkikki
例 11(续)




e
e
eeXEXE
k
k
k i k
k
ki
1
)1(100e
100100)()(
10-
10
1
10
1
100
1
10
1
返回主目录第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望例 12
对产品进行抽样,只要发现废品就认为这批产品不合格,并结束抽样。若抽样到第 n件仍未发现废品则认为这批产品合格。
假设产品数量很大,抽查到废品的概率是 p,试求平均需抽查的件数。
解,设 X为停止检查时,抽样的件数,则 X的可能取值为 1,2,…,n,且



.,;1,,2,1,
}{
1
1
nkq
nkpq
kXP
n
k?
,于是其中 pq 1
1
1
1
1)(?
n
n
k
k nqpkqXE 返回主目录第四章 随机变量的数字特征
§ 1 数学期望
1
1
1
1
1
1?
n
n
k
k
n
k
k nqkqkq
1122
22
))1()2(2(
))1(321(



nnn
n
nqqnqnqq
qnqq
121 nqqq?
p
p
q
q nn )1(1
1
1

例 12(续)
1
1
1
1 )1()(?
n
n
k
k nqqkqXE
返回主目录