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连续随机变量II:期望方差全解 | CRV Part II: Expectation & Variance

2026-05-09 17:12 · 本文部分内容由AI辅助创作

📘 引言 / Introduction

在AQA A Level进阶数学统计学中,连续随机变量(Continuous Random Variables)是概率论的核心内容。掌握概率密度函数(PDF)、期望值、方差和标准差的计算方法,不仅对考试至关重要,也是理解高等统计学的基础。本篇基于AQA真题考点,系统梳理连续随机变量的期望与方差公式,帮助你在Paper中稳拿高分。

In AQA A Level Further Maths: Statistics, Continuous Random Variables (CRVs) form a core topic in probability theory. Mastering probability density functions (PDFs), expectation, variance, and standard deviation is essential not only for the exam but also for building a foundation in advanced statistics. This post, based on AQA past paper patterns, systematically reviews expectation and variance formulas for CRVs to help you secure top marks.

🔑 核心知识点 / Key Concepts

1. 连续随机变量的期望值 / Expectation of a CRV

连续随机变量 X 在区间 [a, b] 上的期望(均值)定义为:

E(X) = ∫ x·f(x) dx(积分区间从 a 到 b)

其中 f(x) 为概率密度函数(PDF)。这是所有可能取值的加权平均,权重由概率密度决定。计算时务必确认 f(x) 在定义域上的积分等于 1。

The expectation (mean) of a continuous random variable X defined on domain [a, b] is: E(X) = ∫ x·f(x) dx from a to b, where f(x) is the PDF. Always verify that the total area under f(x) equals 1 before proceeding.

2. 平方的期望与方差公式 / E(X²) and Variance

方差的快捷计算公式:Var(X) = E(X²) − [E(X)]²

其中 E(X²) = ∫ x²·f(x) dx。先分别计算 E(X) 和 E(X²),再代入公式求方差,最后开平方得标准差 σ = √Var(X)。这是AQA考试最高频的计算路径。

The shortcut formula: Var(X) = E(X²) − [E(X)]² (X) and E(X²) first, then subtract to get variance, and take the square root for standard deviation σ. This is the most frequently tested calculation pathway in AQA exams.

3. 线性变换的性质 / Properties of Linear Transformations

当 Y = aX + b 时:E(Y) = a·E(X) + b,Var(Y) = a²·Var(X)

注意:加常数 b 不影响方差,乘以常数 a 会使方差乘以 a²。标准差则乘以 |a|。这一性质在简化复杂随机变量的计算中非常实用。

For Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X). Adding a constant does not change the variance; multiplying by a scales variance by a². Standard deviation scales by |a|. This property is extremely useful for simplifying complex random variable calculations.

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4. 非线性函数的期望 / Expectation of Non-Linear Functions

对于一般函数 g(X):E[g(X)] = ∫ g(x)·f(x) dx

这一定义拓展了线性变换公式的适用范围。常见考题包括求 E(X³)、E(1/X) 等非线性变换的期望值。关键是代入正确的 g(x) 并在定义域上积分。

For a general function g(X): E[g(X)] = ∫ g(x)·f(x) dx. This generalizes beyond linear transformations. Common exam questions involve E(X³), E(1/X), etc. The key is substituting the correct g(x) and integrating over the defined domain.

5. 分段概率密度函数 / Piecewise PDFs

AQA真题中常出现分段定义的PDF。处理方法:将积分按定义域分成若干段,每段使用对应的 f(x) 表达式,分段计算后求和。分段点通常就是定义域的变化边界。

AQA past papers frequently feature piecewise-defined PDFs. Approach: split the integral at the domain boundaries, use the corresponding f(x) for each segment, calculate separately, then sum. The breakpoints are typically the domain boundaries where the PDF definition changes.

💡 学习建议 / Study Tips


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