§3.2 边缘分布
二维随机变量(X,Y)作为一个整体,它具有分布函数F(x,y),而X和Y都是随机变量,也有各自的分布函数,分别记为FX(x),FY(y),依次称它们为二维随机变量(X,Y)关于X和Y的边缘分布函数.
首先注意到,边缘分布函数可以由(X,Y)的分布函数F(x,y)唯一确定,这是因为
即只要在函数F(x,y)中令y→+∞就能得到FX(x).
同理有
对于二维离散型随机变量(X,Y),设它的分布律为P(X=xi,Y=yj)=pij,i,j=1,2,…,于是
同理有
对于二维连续型随机变量(X,Y),设它的概率密度为f(x,y),由
知道,X是一个连续型随机变量,且其概率密度为
同样,Y也是一个连续型随机变量,其概率密度为
分别称fX(x),fY(y)为(X,Y)关于X和Y的边缘概率密度.
例5 在10件产品中,有2件一级品、7件二级品、1件次品.从中抽取3件,设X,Y分别表示抽得的一级品和二级品的件数,求(X,Y)的分布律及边缘分布律.
解 X可能取0,1,2;Y可能取0,1,2,3.
其中i=0,1,2;j=0,1,2,3;且2≤i+j≤3.
当i+j≤1或i+j≥4时,“X=i,Y=j”为不可能事件,故pij=0.
由上述算得的分布律及边缘分布律如下表:
我们常把边缘分布律写在联合分布律表格的边缘上,如上表所示,这种方法求边缘分布律较简单直观.这就是“边缘分布律”这个名称的来源.
例6 设随机变量(X,Y)的概率密度为
求(X,Y)关于X及关于Y的边缘概率密度.
解 由(3.12)及(3.13)式,得
边缘分布函数可由联合分布函数唯一确定,反之结论是否成立呢?下面我们先看一个例子.
例7 设(X,Y)服从二维正态分布,其概率密度为
求关于X及关于Y的边缘概率密度.
解 由(3.12)式,得
可见X ~N(0,1).
同理可得关于Y的边缘概率密度
即Y~N(0,1).
一般地,若(X,Y)~N(μ1,μ2,,
,ρ),可以证明X~N(μ1,
),Y~N(μ2,
).这就说明二维正态随机变量(X,Y)的两个边缘分布都不依赖于参数ρ.由于不同的ρ对应不同的二维正态分布,因而由(X,Y)的边缘分布不能确定它们的联合分布.这就是说,二维随机变量(X,Y)的性质并不能由它的两个随机变量X与Y的单个性质来确定,还必须考虑它们之间的联系,这正说明了从整体上研究多维随机变量的必要性.