10.判断题设X~N(0,1)(标准正态分布),Φ(x)为其分布函数,则Φ(-x)=1-Φ(x),且P(|X|≤a)=2Φ(a)-1(a>0)。A 对B 错A. 对B. 错
A. 对
B. 错
题目解答
答案
解析
本题考查标准正态分布的性质以及分布函数的相关知识。解题思路是先根据标准正态分布的概率密度函数的对称性证明$\varPhi(-x)=1 - \varPhi(x)$,再利用该结论推导$P(|X|\leq a)=2\varPhi(a) - 1(a\gt0)$。
证明$\varPhi(-x)=1 - \varPhi(x)$
已知$X\sim N(0,1)$,其概率密度函数为$\varphi(x)=\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{x^{2}}{2}}$,分布函数$\varPhi(x)=\int_{-\infty}^{x}\varphi(t)dt=\int_{-\infty}^{x}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{t^{2}}{2}}dt$。
因为$\varphi(x)$是偶函数,即$\varphi(-x)=\varphi(x)$,所以有:
$\varPhi(-x)=\int_{-\infty}^{-x}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{t^{2}}{2}}dt$
令$u=-t$,则$dt=-du$。当$t = -\infty$时,$u = +\infty$;当$t = -x$时,$u = x$。
那么$\varPhi(-x)=\int_{+\infty}^{x}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{u^{2}}{2}}(-du)=\int_{x}^{+\infty}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{u^{2}}{2}}du$
又因为$\int_{-\infty}^{+\infty}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{u^{2}}{2}}du = 1$,即$\int_{-\infty}^{x}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{u^{2}}{2}}du+\int_{x}^{+\infty}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{u^{2}}{2}}du = 1$,也就是$\varPhi(x)+\varPhi(-x)=1$,移项可得$\varPhi(-x)=1 - \varPhi(x)$。
推导$P(|X|\leq a)=2\varPhi(a) - 1(a\gt0)$
根据绝对值不等式的性质$|X|\leq a$等价于$-a\leq X\leq a$,所以$P(|X|\leq a)=P(-a\leq X\leq a)$。
由分布函数的性质可知$P(-a\leq X\leq a)=\varPhi(a)-\varPhi(-a)$,将$\varPhi(-x)=1 - \varPhi(x)$代入可得:
$P(-a\leq X\leq a)=\varPhi(a)-(1 - \varPhi(a))=2\varPhi(a) - 1$,其中$a\gt0$。
综上,“设$X\sim N(0,1)$(标准正态分布),$\varPhi(x)$为其分布函数,则$\varPhi(-x)=1 - \varPhi(x)$,且$P(|X|\leq a)=2\varPhi(a) - 1(a\gt0)$”这一说法是正确的。