注意
f X , Y ( x , y ) = c e − x 2 / 8 e − ( x − y ) 2 / 2 . f_{X,Y}(x,y)=c\,e^{-x^2/8}\,e^{-(x-y)^2/2}. f X , Y ( x , y ) = c e − x 2 /8 e − ( x − y ) 2 /2 .
(1) 对固定 x x x ,有
∫ − ∞ ∞ e − ( x − y ) 2 / 2 d y = 2 π . \int_{-\infty}^{\infty} e^{-(x-y)^2/2}\,dy=\sqrt{2\pi}. ∫ − ∞ ∞ e − ( x − y ) 2 /2 d y = 2 π .
所以边缘密度
f X ( x ) = ∫ f X , Y ( x , y ) d y = c 2 π e − x 2 / 8 . f_X(x)=\int f_{X,Y}(x,y)\,dy=c\sqrt{2\pi}\,e^{-x^2/8}. f X ( x ) = ∫ f X , Y ( x , y ) d y = c 2 π e − x 2 /8 .
再对 x x x 积分归一化:
∫ − ∞ ∞ e − x 2 / 8 d x = 8 π = 2 2 π . \int_{-\infty}^{\infty} e^{-x^2/8}\,dx=\sqrt{8\pi}=2\sqrt{2\pi}. ∫ − ∞ ∞ e − x 2 /8 d x = 8 π = 2 2 π .
因此
1 = ∫ f X ( x ) d x = c 2 π ⋅ 2 2 π = c ⋅ 4 π ⇒ c = 1 4 π . 1=\int f_X(x)dx=c\sqrt{2\pi}\cdot 2\sqrt{2\pi}=c\cdot 4\pi
\Rightarrow \boxed{c=\frac{1}{4\pi}}. 1 = ∫ f X ( x ) d x = c 2 π ⋅ 2 2 π = c ⋅ 4 π ⇒ c = 4 π 1 .
(2) 代回得
f X ( x ) = 1 2 2 π e − x 2 / 8 , \boxed{f_X(x)=\frac{1}{2\sqrt{2\pi}}e^{-x^2/8}}, f X ( x ) = 2 2 π 1 e − x 2 /8 ,
即 X ∼ N ( 0 , 4 ) X\sim N(0,4) X ∼ N ( 0 , 4 ) 。
(3) 由 e − ( x − y ) 2 / 2 e^{-(x-y)^2/2} e − ( x − y ) 2 /2 可视作 Y ∣ X = x ∼ N ( x , 1 ) Y\mid X=x\sim N(x,1) Y ∣ X = x ∼ N ( x , 1 ) ,于是 Y = X + Z Y=X+Z Y = X + Z (Z ∼ N ( 0 , 1 ) Z\sim N(0,1) Z ∼ N ( 0 , 1 ) 独立),故 Y ∼ N ( 0 , 5 ) Y\sim N(0,5) Y ∼ N ( 0 , 5 ) ,边缘为
f Y ( y ) = 1 10 π e − y 2 / 10 . \boxed{f_Y(y)=\frac{1}{\sqrt{10\pi}}e^{-y^2/10}}. f Y ( y ) = 10 π 1 e − y 2 /10 .
(4) 若独立则应有 f X , Y ( x , y ) = f X ( x ) f Y ( y ) f_{X,Y}(x,y)=f_X(x)f_Y(y) f X , Y ( x , y ) = f X ( x ) f Y ( y ) ,但此处指数项含有 x − y x-y x − y 的耦合;等价地由 Y = X + Z Y=X+Z Y = X + Z 可得 C o v ( X , Y ) = V a r ( X ) = 4 ≠ 0 \mathrm{Cov}(X,Y)=\mathrm{Var}(X)=4\ne 0 Cov ( X , Y ) = Var ( X ) = 4 = 0 。
因此 X , Y 不独立 \boxed{X,Y\text{ 不独立}} X , Y 不独立 。
英文解析
CAUTION
f X , Y ( x , y ) = c e − x 2 / 8 e − ( x − y ) 2 / 2 . f_{X,Y}(x,y)=c\,e^{-x^2/8}\,e^{-(x-y)^2/2}. f X , Y ( x , y ) = c e − x 2 /8 e − ( x − y ) 2 /2 .
(1) * * Fixed pair x x x , yes
∫ − ∞ ∞ e − ( x − y ) 2 / 2 d y = 2 π . \int_{-\infty}^{\infty} e^{-(x-y)^2/2}\,dy=\sqrt{2\pi}. ∫ − ∞ ∞ e − ( x − y ) 2 /2 d y = 2 π .
So the edge density
f X ( x ) = ∫ f X , Y ( x , y ) d y = c 2 π e − x 2 / 8 . f_X(x)=\int f_{X,Y}(x,y)\,dy=c\sqrt{2\pi}\,e^{-x^2/8}. f X ( x ) = ∫ f X , Y ( x , y ) d y = c 2 π e − x 2 /8 .
Then normalize the x x x points:
∫ − ∞ ∞ e − x 2 / 8 d x = 8 π = 2 2 π . \int_{-\infty}^{\infty} e^{-x^2/8}\,dx=\sqrt{8\pi}=2\sqrt{2\pi}. ∫ − ∞ ∞ e − x 2 /8 d x = 8 π = 2 2 π .
Therefore,
1 = ∫ f X ( x ) d x = c 2 π ⋅ 2 2 π = c ⋅ 4 π ⇒ c = 1 4 π . 1=\int f_X(x)dx=c\sqrt{2\pi}\cdot 2\sqrt{2\pi}=c\cdot 4\pi
\Rightarrow \boxed{c=\frac{1}{4\pi}}. 1 = ∫ f X ( x ) d x = c 2 π ⋅ 2 2 π = c ⋅ 4 π ⇒ c = 4 π 1 .
(2) * * Returned on behalf of
f X ( x ) = 1 2 2 π e − x 2 / 8 , \boxed{f_X(x)=\frac{1}{2\sqrt{2\pi}}e^{-x^2/8}}, f X ( x ) = 2 2 π 1 e − x 2 /8 ,
That's X ∼ N ( 0 , 4 ) X\sim N(0,4) X ∼ N ( 0 , 4 ) .
(3) * * From e − ( x − y ) 2 / 2 e^{-(x-y)^2/2} e − ( x − y ) 2 /2 can be seen as Y ∣ X = x ∼ N ( x , 1 ) Y\mid X=x\sim N(x,1) Y ∣ X = x ∼ N ( x , 1 ) , so Y = X + Z Y=X+Z Y = X + Z (Z ∼ N ( 0 , 1 ) Z\sim N(0,1) Z ∼ N ( 0 , 1 ) independent), soY ∼ N ( 0 , 5 ) Y\sim N(0,5) Y ∼ N ( 0 , 5 ) , the edge is
f Y ( y ) = 1 10 π e − y 2 / 10 . \boxed{f_Y(y)=\frac{1}{\sqrt{10\pi}}e^{-y^2/10}}. f Y ( y ) = 10 π 1 e − y 2 /10 .
(4) * * If independent, there should be f X , Y ( x , y ) = f X ( x ) f Y ( y ) f_{X,Y}(x,y)=f_X(x)f_Y(y) f X , Y ( x , y ) = f X ( x ) f Y ( y ) , but the index term here contains a coupling of x − y x-y x − y ; equivalent to C o v ( X , Y ) = V a r ( X ) = 4 ≠ 0 \mathrm{Cov}(X,Y)=\mathrm{Var}(X)=4\ne 0 Cov ( X , Y ) = Var ( X ) = 4 = 0 from Y = X + Z Y=X+Z Y = X + Z .
So X , Y not independent \boxed{X,Y\text{ not independent}} X , Y not independent .