两个独立的随机变量 X 和 Y 分别服从均值为 0,方差分别为 σₓ² 和 σᵧ² 的正态分布。现构造统计量 T = a(X/σₓ)² + b(Y/σᵧ)²,若 T 服从自由度为 2 的 χ² 分布,则系数 a 和 b 的值满足以下哪个条件?
答案解析
核心考点说明:本题考察正态分布与卡方分布的关系,以及卡方分布的可加性。重点在于理解标准正态分布平方和的分布性质,以及如何根据自由度确定系数。
解题思路分析:如果 X 服从 N(0, σₓ²),那么 X/σₓ 服从标准正态分布 N(0,1)。标准正态分布的平方和服从卡方分布,其自由度等于平方和中变量的个数。为了使 T 服从 χ²(2) 分布,需要保证每一个平方项的系数都为1,并且两个独立卡方分布的自由度相加等于2。
每个选项的详细分析:
A. 错误。如果 a=1,b=2,则T= (X/σₓ)² + 2(Y/σᵧ)²,其分布为卡方分布与卡方分布乘以常数的和,并非自由度为2的卡方分布。
B. 错误。如果a=2, b=1,则T= 2(X/σₓ)² + (Y/σᵧ)²,其分布为卡方分布与卡方分布乘以常数的和,并非自由度为2的卡方分布。
C. 正确。如果 a = 1, b = 1,则 T = (X/σₓ)² + (Y/σᵧ)²。由于 X/σₓ 和 Y/σᵧ 都服从标准正态分布 N(0,1),它们平方后分别服从自由度为1的卡方分布。由于 X 和 Y 独立,(X/σₓ)² 和 (Y/σᵧ)² 也独立,因此它们的和服从自由度为1+1=2的卡方分布,即 χ²(2) 。
D. 错误。如果 a = 0.5, b = 0.5,则 T = 0.5(X/σₓ)² + 0.5(Y/σᵧ)² ,虽然 (X/σₓ)² 和 (Y/σᵧ)² 都服从自由度为1的卡方分布,但是乘以常数后,不再是标准的卡方分布。两个非标准卡方分布的和,也不是标准卡方分布。
易错点提醒:考生容易忽略卡方分布的可加性要求,误选系数不为1的选项,或者混淆标准正态分布和标准卡方分布。关键在于理解如何构造标准的卡方分布。
正确答案:C