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九州大学 システム情報科学府 情報理工学専攻・電気電子工学専攻 2019年度 確率・統計

Author

Miyake

Description

\(\Omega = \{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \mid 0 \le x \le 1, 0 \le y \le 1 \}\) とする. 連続確率変数の対 \((X, Y)\) の同時密度関数は

\[ f(x, y) = \frac{1}{C} (e^{-x} + e^{-y}) \ \ \ (x, y) \in \Omega \]

で与えられるものとする. ただし \(C > 0\) は正規化定数である. 以下の各問に答えよ.

(1) \(C\) の値を求めよ.

(2) \(X\)\(Y\) は独立か否か, 理由と共に答えよ.

(3) \(Y = 0\) の条件の下での \(X\) の期待値を求めよ.

Kai

(1)

\[ \begin{aligned} 1 &= \iint_\Omega f(x,y) dx dy \\ &= \frac{1}{C} \left\{ \int_0^1 e^{-x} dx \int_0^1 dy + \int_0^1 dx \int_0^1 e^{-y} dy \right\} \\ &= \frac{1}{C} \frac{2(e-1)}{e} \\ \therefore \ \ C &= \frac{2(e-1)}{e} \end{aligned} \]

(2)

\(X,Y\) の周辺確率密度関数をそれぞれ \(f_X(x), f_Y(y)\) とすると、

\[ \begin{aligned} f_X(x) &= \int_0^1 f(x,y) dy \\ &= \frac{1}{C} \int_0^1 (e^{-x} + e^{-y}) dy \\ &= \frac{e}{2(e-1)} e^{-x} + \frac{1}{2} \\ f_Y(y) &= \frac{e}{2(e-1)} e^{-y} + \frac{1}{2} \end{aligned} \]

であり、

\[ \begin{aligned} f(x,y) \ne f_X(x) f_Y(y) \end{aligned} \]

であるから、\(X\)\(Y\) は独立ではない。

(3)

\(Y=0\) の条件の下での \(X\) の確率密度関数を \(f_{X \mid Y=0} (x)\) とすると、

\[ \begin{aligned} f_{X \mid Y=0} (x) &= \frac{f(x,0)}{f_Y(0)} \\ &= \frac{e(e^{-x} + 1)}{2e-1} \end{aligned} \]

であるから、求める期待値は、

\[ \begin{aligned} E(X \mid Y=0) &= \int_0^1 x f_{X \mid Y=0} (x) dx \\ &= \frac{e}{2e-1} \int_0^1 x (e^{-x} + 1) dx \\ &= \frac{3e-4}{2(2e-1)} \end{aligned} \]

である。