洛必达法则和分部积分的应用之计算数学期望EX--概率论浙大版填坑记

如下图所示,概率论与数理统计浙大第四版有如下例题:
简单说就是:已知两个相互独立工作电子装置寿命的概率密度函数,将二者串联成整机,求整机寿命的数学期望。

在这里插入图片描述
这个题目解答中的微积分部分可谓是相当的坑爹,根本没有任何中间计算过程,任何人直接看根本看不懂!所以说它是烂教材,根本不足为过!而国内确实有很多这种垃圾教材,写的不清不楚,误人子弟!

好了,说了这么多该进入正题了,其实这个里面的微积分计算有很大的难度和分析工作量,我下面来具体解释求解细节

  1. 首先第一,因为这两个电子装置是串联在一起的,当发生故障时:只要有一个坏了,整机就不能工作了!
    所以,整机的寿命必然取决于寿命最短的那一个,即
    整机寿命的概率分布函数 F(N) = Min(F(X1), F(X2))
    根据多维随机变量的概率分布公式(见第三章公式5.12),可得
    Fmin = 1 - [ 1- F(X) ][ 1 - F(Y) ] // 二维随机变量的情况
    而X1, X2这两个电子装置是相互独立的,而且它们的概率密度函数都是一样的
    所以可以得出:
    F ( N ) = M i n ( F ( X 1 ) , F ( X 2 ) ) = 1 − [ 1 − F ( X ) ] 2 ( 1.1 ) F(N) = Min(F(X1), F(X2)) = 1 - [1 - F(X)]^ 2 {\qquad} (1.1) F(N)=Min(F(X1),F(X2))=1[1F(X)]2(1.1)

  2. 要求出F(N),就得求出F(X)也就是电子装置的概率分布函数
    概率分布函数是概率密度函数的积分
    所以
    F(X) = ∫ 0 ∞ f ( x ) d x \int_{0}^{\infty}f(x)dx 0f(x)dx = ∫ 0 ∞ 1 θ . e − x / θ d x \int_{0}^{\infty} \frac{1}{θ}.e^{-x/θ} dx 0θ1.ex/θdx
    根据基本积分公式: 在这里插入图片描述
    上式可得(因为x<0时,f(x)=0,那么它的积分也为0,故只取大于0的积分):
    F(X) = ∫ 0 ∞ 1 θ . e − x / θ d x \int_{0}^{\infty} \frac{1}{θ}.e^{-x/θ} dx 0θ1.ex/θdx = 1 θ ∫ 0 ∞ e ( − 1 θ ) . x d x \frac{1}{θ}\int_{0}^{\infty} e^{(-\frac{1}{θ}).x} dx θ10e(θ1).xdx
    = 1 θ ∗ ( − θ ) ∗ . e − x / θ = \frac{1}{θ}* (-θ) * .e^{-x/θ} =θ1(θ).ex/θ = − e − x / θ ∣ 0 ∞ -e^{-x/θ}|_{0}^{\infty} ex/θ0
    = − e − ∞ / θ − ( − e − 0 / θ ) = 1 − e − ∞ / θ = -e^{-\infty/θ} - (-e^{-0/θ}) = 1 -e^{-\infty/θ} =e∞/θ(e0/θ)=1e∞/θ
    可以看到这个积分并不是收敛的,所以只能把它变成变上限积分,于是
    F ( X ) = 1 − e − x / θ F(X) = 1 -e^{-x/θ} F(X)=1ex/θ

  3. 然后代入到前面的F(N)公式(1.1)中
    F ( N ) = 1 − [ 1 − ( 1 − e − x / θ ) ] 2 = 1 − e − 2 x / θ F(N) = 1 - [1- (1 -e^{-x/θ})]^2 = 1 - e^{-2x/θ} F(N)=1[1(1ex/θ)]2=1e2x/θ

  4. 然后对F(N)求导获得f(N) 也就是整机的概率密度函数
    f ( N ) = ( F ( N ) ) ′ = ( − 2 θ ) ( − e − 2 x / θ ) = 2 θ . e − 2 x / θ f(N) = (F(N))^{'} = (- \frac{2}{θ}) (-e^{-2x/θ}) = \frac{2}{θ} . e^{-2x/θ} f(N)=(F(N))=(θ2)(e2x/θ)=θ2.e2x/θ

  5. 然后根据连续随机变量的数学期望公式:
    E ( X ) = ∫ − ∞ + ∞ x . f ( x ) d x E(X) = \int_{-\infty}^{+\infty} x.f(x)dx E(X)=+x.f(x)dx
    E ( N ) = ∫ − ∞ + ∞ x . f ( N ) d x = ∫ − ∞ + ∞ x . 2 θ . e − 2 x / θ d x E(N) = \int_{-\infty}^{+\infty} x.f(N)dx = \int_{-\infty}^{+\infty} x. \frac{2}{θ} . e^{-2x/θ}dx E(N)=+x.f(N)dx=+x.θ2.e2x/θdx
    = 2 θ . ( − θ 2 ) 2 . ∫ − ∞ + ∞ ( − 2 x θ ) . e − 2 x / θ d ( − 2 x θ ) = \frac{2}{θ}.(-\frac{θ}{2})^2 .\int_{-\infty}^{+\infty} (-\frac{2x}{θ}) . e^{-2x/θ} d(-\frac{2x}{θ}) =θ2.(2θ)2.+(θ2x).e2x/θd(θ2x)
    = θ 2 . ∫ − ∞ + ∞ ( − 2 x θ ) . e − 2 x / θ d ( − 2 x θ ) ( 2.1 ) = \frac{θ}{2}. \int_{-\infty}^{+\infty} (-\frac{2x}{θ}) . e^{-2x/θ} d(-\frac{2x}{θ}) {\qquad} (2.1) =2θ.+(θ2x).e2x/θd(θ2x)(2.1)
    根据分部积分公式:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    可以推导出:
    ∫ x . e x d x = x . e x − e x + C \int x.e^x dx = x.e^x - e^x + C x.exdx=x.exex+C 将此代入式(2.1)可得:

E ( N ) = θ 2 . [ ( − 2 x θ ) . e − 2 x / θ − e − 2 x / θ ] ∣ − ∞ + ∞ E(N) = \frac{θ}{2}.[(-\frac{2x}{θ}) . e^{-2x/θ} - e^{-2x/θ} ] |_{-\infty}^{+\infty} E(N)=2θ.[(θ2x).e2x/θe2x/θ]+
但是F(N)在小于0时,积分为0,所以
E ( N ) = θ 2 . [ ( − 2 x θ ) . e − 2 x / θ − e − 2 x / θ ] ∣ 0 + ∞ = − θ 2 . e − 2 x / θ . ( 1 + 2 x θ ) ∣ 0 + ∞ E(N) = \frac{θ}{2}.[(-\frac{2x}{θ}) . e^{-2x/θ} - e^{-2x/θ} ] |_{0}^{+\infty} = -\frac{θ}{2}. e^{-2x/θ}.(1+\frac{2x}{θ})|_{0}^{+\infty} E(N)=2θ.[(θ2x).e2x/θe2x/θ]0+=2θ.e2x/θ.(1+θ2x)0+
= − θ 2 . [ lim ⁡ x → ∞ ( 1 + 2 x θ e 2 x / θ ) − e 0 . ( 1 + 0 θ ) ] = -\frac{θ}{2}.[\lim\limits_{x\rightarrow \infty}(\frac{1+\frac{2x}{θ}}{e^{2x/θ}}) - e^0.(1+ \frac{0}{θ}) ] =2θ.[xlim(e2x/θ1+θ2x)e0.(1+θ0)]
= θ 2 . [ 1 − lim ⁡ x → ∞ ( 1 + 2 x θ e 2 x / θ ) ] =\frac{θ}{2}.[ 1- \lim\limits_{x\rightarrow \infty}(\frac{1+\frac{2x}{θ}}{e^{2x/θ}}) ] =2θ.[1xlim(e2x/θ1+θ2x)]
然后运用洛必达法则求极限:
E ( N ) = θ 2 . [ 1 − lim ⁡ x → ∞ ( 1 + 2 x θ ) ′ ( e 2 x / θ ) ′ ] = θ 2 . [ 1 − lim ⁡ x → ∞ 2 θ 2 θ . e 2 x / θ ] E(N) = \frac{θ}{2}.[ 1- \lim\limits_{x\rightarrow \infty}\frac{(1+\frac{2x}{θ})^{'}}{(e^{2x/θ})^{'}} ] = \frac{θ}{2}. [ 1 - \lim\limits_{x\rightarrow \infty} \frac {\frac{2}{θ}}{\frac{2}{θ}.e^{2x/θ}} ] E(N)=2θ.[1xlim(e2x/θ)(1+θ2x)]=2θ.[1xlimθ2.e2x/θθ2]
= θ 2 . [ 1 − lim ⁡ x → ∞ 1 e 2 x / θ ] = \frac{θ}{2}. [ 1 - \lim\limits_{x\rightarrow \infty} \frac {1}{e^{2x/θ}} ] =2θ.[1xlime2x/θ1]
很明显:在x->无穷大时, 1 e 2 x / θ \frac {1}{e^{2x/θ}} e2x/θ1的极限为0
所以,最终 E ( N ) = θ 2 E(N) = \frac{θ}{2} E(N)=2θ
即整机的数学期望 E ( N ) = θ 2 E(N) = \frac{θ}{2} E(N)=2θ
可以看到整个微积分的求解过程还是很复杂的,但是教材上却只是一带而过,让人相当无语,足见浙大概率论教材质量是非常坑爹的,需要自己仔细分析推导,才能得到正确结果。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:/a/47181.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

DDL\DML

查询字段 1、查询指定字段 select 字段1, 字段2 ,...] from 表名; select ename, sal from emp; select ename from emp; 2、查询全部字段 select * from 表名; select * from emp; 条件查询 使用 where 语句&#xff0c;放在 from 后 select * from emp where 条件…

PostgreSQL 的事务管理和并发控制机制解析

&#x1f337;&#x1f341; 博主 libin9iOak带您 Go to New World.✨&#x1f341; &#x1f984; 个人主页——libin9iOak的博客&#x1f390; &#x1f433; 《面试题大全》 文章图文并茂&#x1f995;生动形象&#x1f996;简单易学&#xff01;欢迎大家来踩踩~&#x1f33…

Prompt Engineering论文梳理(主要为2022年)

AutoPrompt &#xff08;EMNLP2020&#xff09; Shin T, Razeghi Y, Logan IV R L, et al. Autoprompt: Eliciting knowledge from language models with automatically generated prompts[J]. arXiv preprint arXiv:2010.15980, 2020. 基本架构&#xff0c;original input t…

关联分析-Apriori

关联分析-Apriori 1. 定义 关联分析就是从大规模数据中&#xff0c;发现对象之间隐含关系与规律的过程&#xff0c;也称为关联规则学习。 2. 相关概念 2.1 事务、项与项集 订单号购买商品0001可乐、薯片0002口香糖、可乐0003可乐、口香糖、薯片 以上面的订单为例&#xf…

elasticsearch使用记录

参考文章&#xff1a;https://elasticsearch-py.readthedocs.io/en/v8.8.2/ 参考文章&#xff1a;https://cuiqingcai.com/6214.html 参考文章&#xff1a;https://www.cnblogs.com/cupleo/p/13953890.html elasticsearch版本&#xff1a;8.8.2(软件包发行版) python版本&#…

MySQL 读写分离

目录 一、什么是读写分离&#xff1f; 二、为什么要读写分离呢&#xff1f; 三、什么时候要读写分离&#xff1f; 四、主从复制与读写分离 五、MySQL 读写分离原理 六、企业 使用MySQL 读写分离场景 1&#xff09;基于程序代码内部实现 2&#xff09;基于中间代理层实现…

React重新渲染的触发机制及其优化策略

React是一个用于构建用户界面的JavaScript库&#xff0c;它的核心特点之一是使用虚拟DOM&#xff08;Virtual DOM&#xff09;来实现高效的组件渲染。那组件重新渲染的机制是如何呢&#xff1f;基于这些机制&#xff0c;如果进行优化呢&#xff1f; 虚拟DOM是一个用JavaScript对…

"科技与狠活"企业级无代码开发MES系统,一周实现数字化

随着科技的不断发展&#xff0c;企业级无代码开发平台成为了一种新型的解决方案&#xff0c;能够有效降低软件开发门槛&#xff0c;提升开发效率。在制造业领域&#xff0c;MES系统&#xff08;Manufacturing Execution System&#xff09;作为一种关键的生产管理工具&#xff…

C# 全局响应Ctrl+Alt+鼠标右键

一、简述 某些应用&#xff0c;我们希望全局自定义热键。按键少了会和别的应用程序冲突&#xff0c;按键多了可定用户操作不变。因此我计划左手用CtrlAlt&#xff0c;右手用鼠标右键呼出我自定义的菜单。 我使用键盘和鼠标事件进行简单测试&#xff08;Ctrl鼠标右键&#xff…

[SQL系列] 从头开始学PostgreSQL 自增 权限和时间

[SQL系列] 从头开始学PostgreSQL 事务 锁 子查询_Edward.W的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/u013379032/article/details/131841058上一篇介绍了事务&#xff0c;锁&#xff0c;子查询 事务有点像是原子操作&#xff0c;需要有完整性&#xff0c;要么全都完成了&#xff…

2023年深圳杯数学建模A题影响城市居民身体健康的因素分析

2023年深圳杯数学建模 A题 影响城市居民身体健康的因素分析 原题再现&#xff1a; 以心脑血管疾病、糖尿病、恶性肿瘤以及慢性阻塞性肺病为代表的慢性非传染性疾病&#xff08;以下简称慢性病&#xff09;已经成为影响我国居民身体健康的重要问题。随着人们生活方式的改变&am…

flutter开发实战-RepaintBoundary实现Widget截图功能

flutter开发实战-RepaintBoundary实现Widget截图功能 在开发中&#xff0c;遇到需要使用截图&#xff0c;像iOS可以截图UIView获取到UIImage&#xff0c;在flutter中可以使用RepaintBoundary实现截图功能 相机拍摄的图片&#xff1a; RepaintBoundary截图后的图片 一、Re…

Docker 全栈体系(七)

Docker 体系&#xff08;高级篇&#xff09; 五、Docker-compose容器编排 1. 是什么 Compose 是 Docker 公司推出的一个工具软件&#xff0c;可以管理多个 Docker 容器组成一个应用。你需要定义一个 YAML 格式的配置文件docker-compose.yml&#xff0c;写好多个容器之间的调…

python selenium爬虫自动登录实例

拷贝地址&#xff1a;python selenium爬虫自动登录实例_python selenium登录_Ustiniano的博客-CSDN博客 一、概述 我们要先安装selenium这个库&#xff0c;使用pip install selenium 命令安装&#xff0c;selenium这个库相当于机器模仿人的行为去点击浏览器上的元素&#xff0…

测试技术之测试用例质量的评估

第一&#xff0c;凭证测试用例的方式评估其品质&#xff0c;主要搜罗&#xff1a; 1)测试用例与需要规格剖析中需要条款的可追溯性&#xff0c;好比&#xff1a;咱们要求每一个需要条款至少有1个测试用例与之对于应。目的是为了评估测试的需要拆穿困绕率&#xff0c;以及合成需…

抖音seo源码开发源代码开发技术分享

一、 抖音SEO源码开发&#xff0c;需要掌握以下技术&#xff1a; 抖音API接口&#xff1a;抖音提供了丰富的API接口&#xff0c;包括用户信息、视频信息、评论信息等。 数据爬取技术&#xff1a;通过抓包分析抖音接口的数据结构&#xff0c;可以使用Python等编程语言编写爬虫程…

【低代码专题方案】iPaaS运维方案,助力企业集成平台智能化高效运维

01 场景背景 随着IT行业的发展和各家企业IT建设的需要&#xff0c;信息系统移动化、社交化、大数据、系统互联、数据打通等需求不断增多&#xff0c;企业集成平台占据各个企业领域&#xff0c;成为各业务系统数据传输的中枢。 集成平台承接的业务系统越多&#xff0c;集成平台…

Practice1|1207. 独一无二的出现次数、1365. 有多少小于当前数字的数字、941. 有效的山脉数组

1207. 独一无二的出现次数 1.题目&#xff1a; 给你一个整数数组 arr&#xff0c;请你帮忙统计数组中每个数的出现次数。 如果每个数的出现次数都是独一无二的&#xff0c;就返回 true&#xff1b;否则返回 false。 示例 1&#xff1a; 输入&#xff1a;arr [1,2,2,1,1,3…

FPGA-DFPGL22学习7-gpio

系列文章目录 FPGA-DFPGL22学习6-led 文章目录 系列文章目录前言一、原理图1&#xff09;key2&#xff09;beeptouch端口对应1)key2)beeptouch 二、程序设计1)KEY2)beeptouch 三、程序编写1.KEY代码&#xff1a;2.beeptouch代码&#xff1a; 结论 前言 和原子哥一起学习FPGA …

JAVA面试总结-Redis篇章(四)——双写一致性

JAVA面试总结-Redis篇章&#xff08;四&#xff09;——双写一致性 问&#xff1a;redis 做为缓存&#xff0c;mysql的数据如何与redis进行同步呢&#xff1f;第一种情况&#xff0c;如果你的项目一致性要求高的话 采用以下逻辑我们应该先删除缓存&#xff0c;再修改数据库&…