西南交通大學(xué)概率教案13(考研必備).ppt

4.3 協(xié)方差及相關(guān)系數(shù),,,,,一、協(xié)方差 二、相關(guān)系數(shù),,,,,定義3.1 設(shè)(X,Y)為二維隨機(jī)變量，稱(chēng) Cov(X,Y)=E{[X–E(X)][Y–E(Y)]} 為X與Y的協(xié)方差。,一、協(xié)方差,1、協(xié)方差定義,協(xié)方差是反映X與Y相互關(guān)系的特征量。由方差定義與協(xié)方差定義可知： D(X+Y)=D(X)+D(Y)+2Cov(X,Y) Cov(X,Y)=E(XY)–E(X)E(Y),,,,,證：D(X+Y)=E{[X+Y–E(X+Y)]2},=E{[(X–E(X))+(Y–E(Y))]2},=E{[X–E(X)]2}+E{[Y–E(Y)]2} +2E{[X–E(X)][Y–E(Y)]},=D(X)+D(Y)+2Cov(X,Y),Cov(X,Y)= E{[X–E(X)][Y–E(Y)]},=E[XY–XE(Y)–YE(X)+E(X)E(Y)],=E(XY)–E(X)E(Y),,,,,例3.1 已知(X,Y)的聯(lián)合密度函數(shù)為 試求Cov(X,Y)。,,,,,例3.2 已知(X,Y)的概率密度函數(shù)為 試求Cov(X,Y)。,,,,,例3.3 已知(X,Y)的聯(lián)合分布律為 試求Cov(X,Y)。,,,,,,2、協(xié)方差的性質(zhì),,,,,例3.4 設(shè)隨機(jī)變量X和Y相互獨(dú)立, 都服從正態(tài)分布N(?,?2), 試求aX+bY與cX+dY的協(xié)方差。,解: Cov(aX+bY,cX+dY),=Cov(aX,cX)+Cov(aX,dY) +Cov(bY,cX)+Cov(bY, dY),=acCov(X,X) +adCov(X,Y) +bcCov(Y, X) +bdCov(Y,Y),=acD(X) +(ad+bc)Cov(X,Y)+bdD(Y),=ac?2+0+bd?2=(ac+bd)?2,,,,,例3.5 已知(X,Y)的概率密度函數(shù)為 試求D(2X3Y)。,,,,,,,,,注：相關(guān)系數(shù)是反映X和Y相互關(guān)系的一個(gè)無(wú)量綱的特征量。,定義3.2 設(shè)(X,Y)為二維隨機(jī)變量, D(X), D(Y), Cov(X,Y)分別為X,Y 的方差與協(xié)方差, 則稱(chēng) 為隨機(jī)變量X與Y的相關(guān)系數(shù)。,二、相關(guān)系數(shù),1、相關(guān)系數(shù)定義,,,,,例3.6 已知(X,Y)的概率密度函數(shù)為 試求?XY,,,,,2、相關(guān)系數(shù)的性質(zhì),注: |?XY|=1, 稱(chēng)之為X與Y完全相關(guān), 充要條件是存在常數(shù)a, b, 使P{Y=aX+b}=1。,10 |?XY|?1,于是?XY成為一個(gè)表征X, Y間線(xiàn)性關(guān)系緊密程度的量, 當(dāng)|?XY|較大時(shí), 表示X, Y線(xiàn)性相關(guān)程度較高, 反之較低。,,,,,20 若X,Y相互獨(dú)立, 且D(X),D(Y)0, 則?XY=0。,注: 若X,Y的相關(guān)系數(shù)?XY=0, 則稱(chēng)X與Y不相關(guān)。,性質(zhì)2表明X,Y相互獨(dú)立時(shí), X與Y不相關(guān); 反之, 若X與Y不相關(guān), 則X,Y不一定相互獨(dú)立(見(jiàn)下例)。,,,,,例3.7 設(shè)X的分布律為,但, 當(dāng)(X,Y)服從二維正態(tài)分布時(shí), X,Y不相關(guān)與X,Y相互獨(dú)立是等價(jià)的。 這是因?yàn)? 當(dāng)(X,Y)服從二維正態(tài)分布N(?1,?2,?12,?22,?)時(shí), X與Y相互獨(dú)立的充要條件是?=0。,令Y=X 2, 顯然X與Y不獨(dú)立, 但X與Y 是不相關(guān)的,