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分布函数与分布类型

随机变量的定义

Ω\Omega 为样本空间。随机变量 XXΩR\Omega \to \mathbb{R} 的映射,满足对任意实数 xx{ωX(ω)x}\{\omega \mid X(\omega) \leq x\} 是事件。

分布函数(CDF)

定义

随机变量 XX分布函数(Cumulative Distribution Function)为:

F(x)=P(Xx),xRF(x) = P(X \leq x), \quad x \in \mathbb{R}

基本性质

性质含义
单调不减x1<x2F(x1)F(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow F(x_1) \leq F(x_2)
有界性0F(x)10 \leq F(x) \leq 1limxF(x)=0\lim_{x \to -\infty}F(x) = 0limx+F(x)=1\lim_{x \to +\infty}F(x) = 1
右连续性limxa+F(x)=F(a)\lim_{x \to a^+}F(x) = F(a)(左极限存在但不一定等于 F(a)F(a)

分布函数完全刻画了随机变量的概率性质。由分布函数可计算任意区间的概率:

P(a<Xb)=F(b)F(a)P(a < X \leq b) = F(b) - F(a)

离散型随机变量

定义

XX 只取有限个或可列个值 x1,x2,x_1, x_2, \ldots,称 XX离散型随机变量

分布列(PMF)

pk=P(X=xk),k=1,2,p_k = P(X = x_k), \quad k = 1, 2, \ldots

满足:pk0p_k \geq 0,且 kpk=1\sum_k p_k = 1

分布函数:F(x)=xkxpkF(x) = \sum_{x_k \leq x} p_k(阶梯函数,在 xkx_k 处有跳跃 pkp_k)。

连续型随机变量

定义

若存在非负可积函数 f(x)0f(x) \geq 0,使对任意 xx

F(x)=xf(t)dtF(x) = \int_{-\infty}^{x} f(t)\,dt

则称 XX连续型随机变量f(x)f(x) 为其概率密度函数(PDF)。

密度的性质

  1. f(x)0f(x) \geq 0
  2. +f(x)dx=1\displaystyle\int_{-\infty}^{+\infty} f(x)\,dx = 1
  3. P(a<Xb)=abf(x)dxP(a < X \leq b) = \int_a^b f(x)\,dx
  4. ff 的连续点,F(x)=f(x)F'(x) = f(x)
  5. P(X=a)=0P(X = a) = 0(连续型随机变量取单点值的概率恒为零)

分布函数求概率

区间用分布函数用密度函数
a<Xba < X \leq bF(b)F(a)F(b) - F(a)abf(x)dx\int_a^b f(x)\,dx
X>aX > a1F(a)1 - F(a)af(x)dx\int_a^{\infty} f(x)\,dx
X=aX = aF(a)F(a)F(a) - F(a-)00(连续型)