设X~N(0,1),求Y=|X|的概率密度.
题目解答
答案
当
此时
当
因此
综上,
解析
考查要点:本题主要考查概率密度函数的变换,特别是绝对值变换后的分布求解。需要掌握累积分布函数法的基本步骤,以及标准正态分布的性质。
解题核心思路:
- 确定Y的取值范围:由于Y=|X|,其取值范围为$y \geq 0$。
- 分段讨论:当$y < 0$时,概率密度显然为0;当$y \geq 0$时,通过累积分布函数推导概率密度。
- 利用对称性:标准正态分布的概率密度函数是偶函数,简化计算。
破题关键点:
- 累积分布函数的转换:将$P(Y \leq y)$转化为$P(-y \leq X \leq y)$。
- 导数计算:对累积分布函数求导时,注意链式法则的应用,以及标准正态分布的对称性。
步骤1:确定Y的取值范围
由于$Y = |X|$,当$y < 0$时,$Y$不可能取到负值,因此$f_Y(y) = 0$。
步骤2:计算累积分布函数$F_Y(y)$
当$y \geq 0$时:
$F_Y(y) = P(Y \leq y) = P(|X| \leq y) = P(-y \leq X \leq y) = F_X(y) - F_X(-y)$
其中$F_X(x)$是标准正态分布的累积分布函数。
步骤3:求导得到概率密度函数
对$F_Y(y)$求导:
$f_Y(y) = \frac{d}{dy} F_Y(y) = \frac{d}{dy} \left[ F_X(y) - F_X(-y) \right]$
根据链式法则:
$f_Y(y) = f_X(y) \cdot \frac{d}{dy}(y) + f_X(-y) \cdot \frac{d}{dy}(-y) = f_X(y) + f_X(-y)$
步骤4:利用标准正态分布的对称性
由于$X \sim N(0,1)$,其概率密度函数为偶函数:
$f_X(y) = f_X(-y) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} e^{-y^2/2}$
因此:
$f_Y(y) = f_X(y) + f_X(-y) = 2 \cdot \frac{1}{\sqrt{2\pi}} e^{-y^2/2} = \sqrt{\frac{2}{\pi}} e^{-y^2/2}$