随机变量 XX 的概率分布如下表所示。
xx1468
P(X=x)\mathrm{P}(X = x)aabbccdd
已知 E(X)=4\mathrm{E}(X) = 4,Var(X)=194\mathrm{Var}(X) = \frac{19}{4} 且 P(X<4)=P(X>4)\mathrm{P}(X < 4) = \mathrm{P}(X > 4),求 aa、bb、cc 和 dd 的值。

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完整解法

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1. Express $b$ in terms of $a$ using the sum of probabilities and the given probability condition.

The sum of all probabilities in a probability distribution is 11:
a+b+c+d=1a + b + c + d = 1
Using the condition P(X<4)=P(X>4)\mathrm{P}(X < 4) = \mathrm{P}(X > 4):
a=c+da = c + d
Substituting c+d=ac + d = a into the sum equation:
a+b+a=1  ⟹  2a+b=1  ⟹  b=1−2aa + b + a = 1 \implies 2a + b = 1 \implies b = 1 - 2a

2. Use the expectation $\mathrm{E}(X) = 4$ to show that $c = d$.

The expectation is given by E(X)=∑xP(X=x)\mathrm{E}(X) = \sum x \mathrm{P}(X=x):
1(a)+4(b)+6(c)+8(d)=41(a) + 4(b) + 6(c) + 8(d) = 4
Substitute b=1−2ab = 1 - 2a:
a+4(1−2a)+6c+8d=4a + 4(1 - 2a) + 6c + 8d = 4
a+4−8a+6c+8d=4  ⟹  −7a+6c+8d=0a + 4 - 8a + 6c + 8d = 4 \implies -7a + 6c + 8d = 0
Substitute a=c+da = c + d:
−7(c+d)+6c+8d=0-7(c + d) + 6c + 8d = 0
−7c−7d+6c+8d=0  ⟹  −c+d=0  ⟹  c=d-7c - 7d + 6c + 8d = 0 \implies -c + d = 0 \implies c = d

3. Express $a$ and $b$ entirely in terms of $c$.

Since c=dc = d, we substitute dd for cc in our earlier expressions:
a=c+d  ⟹  a=2ca = c + d \implies a = 2c
b=1−2a  ⟹  b=1−2(2c)=1−4cb = 1 - 2a \implies b = 1 - 2(2c) = 1 - 4c

4. Use the variance formula to solve for $c$.

The variance is given by Var(X)=E(X2)−[E(X)]2\mathrm{Var}(X) = \mathrm{E}(X^2) - [\mathrm{E}(X)]^2:
E(X2)=12(a)+42(b)+62(c)+82(d)=a+16b+36c+64d\mathrm{E}(X^2) = 1^2(a) + 4^2(b) + 6^2(c) + 8^2(d) = a + 16b + 36c + 64d
a+16b+36c+64d−42=194a + 16b + 36c + 64d - 4^2 = \frac{19}{4}
Substitute a=2ca = 2c, b=1−4cb = 1 - 4c, and d=cd = c:
2c+16(1−4c)+36c+64(c)−16=1942c + 16(1 - 4c) + 36c + 64(c) - 16 = \frac{19}{4}
2c+16−64c+36c+64c−16=1942c + 16 - 64c + 36c + 64c - 16 = \frac{19}{4}
38c=194  ⟹  c=194×38=1838c = \frac{19}{4} \implies c = \frac{19}{4 \times 38} = \frac{1}{8}

5. Calculate the final values for $a$, $b$, and $d$.

a=2c=2(18)=14a = 2c = 2\left(\frac{1}{8}\right) = \frac{1}{4}
b=1−4c=1−4(18)=12b = 1 - 4c = 1 - 4\left(\frac{1}{8}\right) = \frac{1}{2}
d=c=18d = c = \frac{1}{8}

答案

a=14,b=12,c=18,d=18a = \frac{1}{4}, b = \frac{1}{2}, c = \frac{1}{8}, d = \frac{1}{8}

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