11.3. 连续场合下的条件分布#
设二维连续随机变量 \((X,Y)\) 的联合密度为 \(p(x,y)\) ,边际密度函数为 \(p_{X}(x)\) 和 \(p_{Y}(y)\) 。 在离散随机变量场合,其条件分布函数为 \(P(X\le x | Y=y)\) ,但是连续随机变量取某个值的概率为零,即 \(P(Y=y)=0\) 。所以无法用条件概率直接计算 \(P(X\le x | Y=y)\) 。一个自然的想法是,将 \(P(X\le x | Y=y)\) 看成当 \(h \rightarrow 0\) 时 \(P(X\le x | y\le Y\le y+h)\) 的极限,即
当 \(p_{Y}(y),p(x,y)\) 在 \(y\) 处连续时,由积分中值定理可得
所以
- 给定条件下的条件分布函数与条件密度函数
对一切使 \(p_{Y}(y)>0\) 的 \(y\) ,给定 \(Y=y\) 条件下 \(X\) 的条件分布函数和条件密度函数分别为
Example 11.4
设 \((X,Y)\) 服从二维正态分布
由边际分布可知, \(X\) 服从正态分布 \(N(\mu_{1},\sigma_{1}^{2})\) , \(Y\) 服从正态分布 \(N(\mu_{2},\sigma_{2}^{2})\) 。 在给定 \(Y=y\) 的条件下, \(X\) 的边际密度函数为
因此,在 \(Y=y\) 的条件下, \(X\) 的条件分布为
Remark
在定义连续场合下的条件密度函数下,我们可以给出连续场合下的全概率公式及贝叶斯公式。因为
所以,
于是,我们有
全概率公式
贝叶斯公式
Example 11.5
设 \(X\sim N(\mu,\sigma_{1}^{2})\) 且在给定 \(X = x\) 的条件下, \(Y\) 的条件分布为 \(N(x,\sigma_{2}^{2})\) ,求 \(Y\) 的密度函数 \(p_{Y}(y)\) 。
Solution
由题可知,
所以,根据全概率公式可知,
因此,