随机过程作业和答案第一二章

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1 随机过程作业

第一章

P9例题6:随机过程X(t)=A+Bt, t≥0, 其中A和B是独立随机变量,分布服从正态分布N(0,

1)。求X(t)的一维和二维分布。

解 先求一维分布。当t固定,X(t)是随机变量,因为

EX(t)=EA+tEB=0, DX(t)=DA+2tDB=1+2t

故X(t)具有正态分布N(0, 1+2t)。这亦是随机过程X(t)的一维分布。

再求二维分布。当

1t,

2t固定,

X(

1t)=A+B

1t, X(

2t)=A+B

2t

因A、B独立同正态分布,故(A, B)T亦为二维正态分布。则其线性变换也服从正态分布。

所以二维分布是数学期望为(0, 0)T,协方差矩阵 的二维正态分布。

P10例题7:随机过程X(t)=Acost, -∞

A 1 2 3

P 1/3 1/3 1/3

求 (1) 一维分布函数

(2) 二维分布函数

解 (1) 先求

所以

2

222

11211)DX(t ,1)DX(t , 0)EX(t , 0)(tttEX

212121211))(())()X(t())X(t),(cov(ttBtABtAEtXEtX







2

221212

1

1111

tttttt

)

,0xxF)

F(x;xF

;,( ),4;(

21

( ;)

4Fx

。2

X()cos,

442AA

显然,三值,,易知它仅取2

23

2

22

2

{()}

42PX

2

{cos}

42PA

1

P{A1},

3

31

}2

23

)

4({ ,

31

}2)

4({

XPXP同理,









2

23

x 1,2

23

x2 ,

32 2 x

22

,

3122

x 0

)

4; ( ,

xF 2

进而有

P18例题1:具有随机初相位的简谐波

其中a与 是正常数,而 服从在区间[0,2 ]上的均匀分布,

求X(t)的数学期望方差和相关函数。

解 由题设, 的分布密度为

数学期望

相关函数

方差

P18例题2:随机过程X(t)总共有两条样本曲线

值,所以,它只取显然,。再求00

2cos)

2X( )

2; (

AxF





0 x1,0 x0,

)

2; (

xF

)

3Acos, 0cos{)

30, ;,F(x )2(

2121xxAPx计算

}2A, {}

2A

, {

2121xxAPxxAP





122211

2 },2{2 },{

xxxAPxxxAP

当当









23

x,2x 3,2123

x1 ,2x 32,2

321x

21

,2x 21,2

3121

x,2x 1,2 ,0

)

30, ;,F(x

212121212121212121212121

21

xxxxxxxxxxxxxxxx

x

或,当或,当或,当或当

t- , )cos()(

0tatX

1

, 0<<2

()2

0 , f





其它

Xm(t)EX(t)2

0

01

cos()

2atd





0[cos()]Eat0

1212(,)[()()]

XRttEXtXt

0102[cos()cos()]Eatat

2

2

0102

01

cos()cos()

2attd





2

2

012012

01

{cos()cos[()2]}

22a

ttttd





2

021cos()

2a

tt

2

12()(,)()

XXXDtRttmt2

2a

121

12 (,)cos, (,)(,)cos

>0,,

(,)12XXtatXtXtat

21

aP(w)=,P(w)=m(t)

33

tt

X其中常数且试求X(t)的数学期望和

相关函数R。 3 解 数学期望

相关函数

P38习题1:设随机过程 其中

0是正常数,而X是标

准正态变量。试求)(tX的一维概率分布。

解:X(t)=Xcos

0t t-

1)当)(tX=0时,Xcos

0t=0

得 t=

01

(k+

21

)(k=0, 1, 2,…..) 此时,

10tXP

2)

0tXcos0tX

0时当

得t 

01

(k+

21

)(k=0, 1, 2,…..)

因为X是标准正态变量

所以 1)x(D,0)x(E

所以 



tcostXcosD)X(tD0tXcosE)X(tE

02

0201





所以)X(t

1的一维概率分布为

t2cosx

0022

e

2tcos1

tx,f



 (k=0, 1, 2,…..)

P38习题2:利用投掷一枚硬币的试验,定义概率各为

21

。试确定

tX的一维分布函数

F(x;

21

)和F(x;1),以及二维分布函数F(

1x;

2x;1;

21

)。

解:1)出现正面时,X(

21

)=

2cos

=0

出现反面时,X(

21

)=2 

21

=1 又因为:

21

1

21

,

21

0

21





















XPXP Xm(t)EX(t)21

cos(cos)

33atatcos

3a

t

1212(,)[()()]

XRttEXtXt

121221

(coscos)(cos)(cos)

33atatatat

2

12coscosatt

t- , cos)(

0tXtX