離散隨機變量、期望值和方差(DSE M1)

離散隨機變量 X 取一系列分開的數值,每個數值各有概率,而全部概率之和為 1。它的期望值是 E(X) = Σ x P(X = x),方差是 Var(X) = E(X²) − [E(X)]²。

用 AI 逐步解離散隨機變量:期望值和方差題目
例題 1 的概率分佈棒形圖,虛線標示期望值 E(X) = 1.7。 自己試試 →

期望值及方差公式

概率0 ≤ P(X = x) ≤ 1, Σ P(X = x) = 1
期望值E(X) = Σ x P(X = x)
X 的函數E[g(X)] = Σ g(x) P(X = x)
方差Var(X) = E[(X − μ)²] = E(X²) − [E(X)]²
線性變換E(aX + b) = aE(X) + b, Var(aX + b) = a²Var(X)

離散隨機變量:期望值和方差例題詳解

例題 1:由概率分佈表求期望值及方差

X 取值 0、1、2、3,概率分別為 0.1、0.3、0.4、0.2。求 E(X)、Var(X)、E(3X + 2) 及 Var(3X + 2)。

  1. E(X) = 0(0.1) + 1(0.3) + 2(0.4) + 3(0.2) = 1.7
  2. E(X²) = 0(0.1) + 1(0.3) + 4(0.4) + 9(0.2) = 3.7
  3. Var(X) = 3.7 − 1.7² = 0.81
  4. E(3X + 2) = 3(1.7) + 2 = 7.1
  5. Var(3X + 2) = 3² × 0.81 = 7.29

答案: E(X) = 1.7, Var(X) = 0.81, E(3X + 2) = 7.1, Var(3X + 2) = 7.29

例題 2:求概率分佈中的未知常數

X 的概率函數為 P(X = x) = kx,其中 x = 1、2、3、4。求 k 及 E(X)。

  1. 概率之和為 1:k(1 + 2 + 3 + 4) = 1
  2. k = 0.1
  3. E(X) = 0.1(1² + 2² + 3² + 4²) = 0.1 × 30 = 3

答案: k = 0.1, E(X) = 3

💡 應試陷阱與秘訣 (DSE 奪星陷阱)

⚠️ Var(aX + b) 用 a²,而 b 會消失加上常數會令每個數值移動相同的距離,所以離散程度不變。乘以 a 會令方差乘以 a²,而不是 a。
⚠️ E(X²) 不等於 [E(X)]²應先把數值平方,再乘以概率。在例題 1 中,E(X²) = 3.7,而 [E(X)]² = 2.89;兩者之差就是方差。

✏️ 自我測試:互動練習

溫習方法:點擊以下任何題目,即時在坐標網格載入並核對計算步驟。

(E(X) 及 Var(X))X 取值 1、2、3,概率分別為 0.2、0.5、0.3。求 E(X) 及 Var(X),並以棒形圖顯示該分佈。
(線性變換)若 E(X) = 4 及 Var(X) = 2.5,求 E(2X − 3) 及 Var(2X − 3)。
(均勻分佈)擲一枚公平骰子,設 X 為擲得的點數。求 E(X) 及 Var(X)。

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