联合分布函数
二维随机变量 (X,Y) 的联合分布函数:
F(x,y)=P(X≤x,Y≤y),(x,y)∈R2
- 单调性:F 对每个变元单调不减
- 有界性:F(−∞,y)=F(x,−∞)=0,F(+∞,+∞)=1
- 右连续性:F 对每个变元右连续
- 矩形概率非负:P(a<X≤b,c<Y≤d)=F(b,d)−F(a,d)−F(b,c)+F(a,c)≥0
离散型:联合分布列
pij=P(X=xi,Y=yj),i,j=1,2,…
满足 pij≥0,且 ∑i,jpij=1。
边际分布列
对另一变量求和(或积分)消去:
P(X=xi)=pi⋅=∑jpij,P(Y=yj)=p⋅j=∑ipij
连续型:联合密度
若存在非负函数 f(x,y)≥0,使:
F(x,y)=∫−∞x∫−∞yf(u,v)dvdu
则称 (X,Y) 为连续型,f(x,y) 为其联合概率密度。
- f(x,y)≥0
- ∬R2f(x,y)dxdy=1
- 在 f 的连续点:∂x∂y∂2F=f(x,y)
- 区域概率:P((X,Y)∈D)=∬Df(x,y)dxdy
边际密度
fX(x)=∫−∞∞f(x,y)dy,fY(y)=∫−∞∞f(x,y)dx
重要:边际分布由联合分布唯一确定,但反之不然——不同的联合分布可以有相同的边际。
独立性判定
定理:X 与 Y 相互独立 ⟺ 联合分布函数等于边际分布函数的乘积:
F(x,y)=FX(x)⋅FY(y),∀x,y
等价形式:
- 离散型:pij=pi⋅⋅p⋅j,对所有 i,j
- 连续型:f(x,y)=fX(x)⋅fY(y)(几乎处处成立)
独立性的结构
若 X⊥⊥Y,则联合分布完全由边际分布决定。对于连续型,"独立"等价于联合密度可分解为 x 的函数与 y 的函数的乘积。
多元正态分布
(X1,…,Xn) 服从 n 元正态分布的关键性质:
- 任意线性组合 ∑aiXi 均为一元正态
- 各分量相互独立 ⟺ 两两不相关(协方差为零)
- 边际分布仍为正态分布
- 条件分布仍为正态分布