考研概率积分的计算涉及概率密度函数(PDF)和分布函数(CDF)的积分,以下是具体方法和技巧:
一、概率密度函数(PDF)积分
基本性质 对于随机变量$X$的概率密度函数$f(x)$,需满足:
$$\int_{-\infty}^{\infty} f(x) \, dx = 1$$
这表示随机变量取遍所有可能值的概率总和为1。
常见分布的积分
正态分布: 若$X \sim N(\mu, \sigma^2)$,其PDF为: $$f(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}\sigma} e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}$$ 通过极坐标变换可证明其积分为1。 - 标准正态分布
$$\int_{-\infty}^{\infty} \frac{1}{\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{x^2}{2}} \, dx = \sqrt{\pi}$$。
二、分布函数(CDF)积分
分布函数$F(x)$定义为:
$$F(x) = \int_{-\infty}^{x} f(t) \, dt$$
即随机变量$X$取值小于等于$x$的概率。
三、计算技巧与方法
换元积分法 根式换元:
如$x = \sqrt{ax + b}$,令$t = \sqrt{ax + b}$简化积分。 - 三角换元:令$x = a\sin(t)$或$x = a\cos(t)$,将二次函数转换为有理函数积分。 - 倒代换:令$x = \frac{1}{t}$,适用于分子分母次数差大于1的情况。
分部积分法 适用于可分解为两部分且易积分的函数,公式为:
$$\int u \, dv = uv - \int v \, du$$。
对称性简化
奇函数在对称区间$[-a, a]$上的积分为0:
$$\int_{-a}^{a} f(x) \, dx = 0 \quad (\text{若} f(-x) = -f(x))$$。 - 二维随机变量边缘分布可通过二重积分计算。
数值方法
当解析解难以求得时,可用蒙特卡罗法通过随机抽样估计积分值。
四、典型应用场景
概率计算: 如至少发生一次事件的概率用概率加法公式,独立重复试验用Bernoulli公式。- 条件概率
总结
考研概率积分需结合理论公式与计算技巧,建议先识别分布类型(如正态分布),再选择合适方法(如换元、分部积分等)。对于复杂积分,可尝试数值方法或利用对称性简化计算。