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地特三等申論題 111年 [電力工程] 工程數學

第 一 題

📖 題組:
有一個半徑為 1 的圓形標靶,對著它亂射飛鏢,完全不瞄準,所以彈著點(亦即飛鏢在標靶上的落點)會是在某一個區域的機率大小,與標靶上的位置無關,只與該區域的面積大小成正比。若只考慮有射中標靶的飛鏢,直接忽略沒有射中標靶的飛鏢。令 X 代表彈著點到靶心(亦即標靶的正中心)的距離,是一個隨機變數(random variable),並定義另外一個隨機變數:Y≜X²,試問: (一)令f_X(x)代表 X 的機率密度函數(probability density function),則f_X(x)=?(5分) (二)令f_Y(x)代表 Y 的機率密度函數,則f_Y(x)=?(5分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

令f_X(x)代表 X 的機率密度函數(probability density function),則f_X(x)=?(5分)

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因為落點機率與面積成正比,可先求累積分布函數(CDF)。半徑為 x 的圓面積為 πx²,除以總面積 π 即得 F_X(x),再微分即可得到 PDF。

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【解題思路】先由幾何面積比例求出隨機變數的累積分布函數(CDF),再對其微分求得機率密度函數(PDF)。 【詳解】 已知:落點均勻分布於半徑為 1 的圓內,標靶總面積為 $\pi \cdot 1^2 = \pi$。

小題 (二)

令f_Y(x)代表 Y 的機率密度函數,則f_Y(x)=?(5分)

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已知 Y = X²,可用變數變換法先推導 Y 的累積分布函數 F_Y(y) = P(Y ≤ y) = P(X² ≤ y) = P(X ≤ √y)。計算完後微分,最後將代數符號轉換回題目要求的 x 即可。

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【解題思路】透過變數變換,先求隨機變數 Y 的累積分布函數(CDF)再進行微分。 【詳解】 已知:$Y = X^2$,$X$ 之範圍為 $0 \le X \le 1$,故 $Y$ 之範圍亦為 $0 \le Y \le 1$。

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