第四章 随机变量的数字特征
4.1 数学期望
一、随机变量的数学期望
定义 设离散型随机变量
设随机变量
二、随机变量的函数的数学期望
定理 设
若
是离散型随机变量,其分布律为 若 绝对收敛,则有 若
是连续型随机变量,其概率密度是 ,若 则 定理也可以推广到多维随机变量的情形
三、数学期望的性质
- 设
是常数,则 - 设
是随机变量, 是常数,则有 - 设
是两个随机变量,则有 - 设
是相互独立的随机变量,则有
4.2 随机变量的方差
定义 设
常用的计算公式为
设
是常数,则 若随机变量
的方差存在, 是常数,则有 设随机变量
的方差存在,有 有设 相互独立,则 随机变量
的方差为零的充要条件是 以概率为 取常数 ,即
设随机变量
4.3 几种常见分布的数学期望和方差
一、二项分布
设
二、泊松分布
设
三、均匀分布
设
四、指数分布
设随机变量
五、正态分布
设随机变量
4.4 协方差、相关系数与矩
一、协方差
定义 若关于随机变量
特别地,有
- 对称性:
- 齐性:
, 是常数 - 可加性
常利用公式
协方差矩阵满足
二、相关系数
定义 设随机变量
也可写成下列形式
定理 设
的充要条件是 依概率为 线性相关,即存在常数 使
定义 若随机变量
定理 若
但此定理的逆定理不存在
三、矩
定义 设随机变量
随机变量
定义 设随机变量
可以证明,若高阶矩存在,则低阶矩一定存在
随机变量
求 各阶中心距 得
为奇数时,
为偶数时, 将
带入,得 其中 ,如
4.3 多维正态随机变量
定义 设
当
性质
维正态分布随机变量的任一 维子向量服从 维正态分布,特别地, 均为一维正态随机变量 维正态随机变量 相互独立的充要条件是其协方差矩阵是对角矩阵
等价地,
相互独立的正态随机变量的有限线性组合仍然服从正态分布
为正态随机变量 的任一非零线性组合 服从正态分布,其中 不全为零设有矩阵
随机变量 ,其线性变换 服从 维正态分布 ,特别若 为 阶满秩矩阵,则该线性变换是非退化的 维正态随机变量,也称正态随机变量的线性不变性