• 一维概率密度与二维概率密度图像表示


    首先明白一下概率密度函数与概率质量函数的区别:

     总结:概率密度函数是针对连续随机变量而言的;概率质量函数是针对离散型随机变量而言的。

    (1)一维概率密度:

    P(X)是概率密度函数,对P(X)积分就变为概率的值。

    注:在一维概率密度函数中,可以用该函数在二维平面中的面积来表示某个区域的概率大小。

    (2)二维概率密度: 

     如上,以一个二维均匀分布(在该区域内,取到每个点的概率相等)的概率密度函数为例子:

    下面画出这个函数在空间的区域图像。

    根据概率密度函数的规范性:可知概率密度累积函数的大小为1,也就是说对概率密度函数进行积分,结果为1.

    下面图像就是针对二维随机变量的概率密度函数积分的几何意义。

    注:在二维概率密度函数中,可以用该函数在三维空间中的体积来表示某个区域的概率大小。

     再次说明:其实二维概率密度函数进行积分,就是就是进行二重积分,二重积分说白了就是求曲顶柱体的体积(曲顶柱体是空间中的立体图形)

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    补充说明:

    (1)二重积分

     百度百科的定义:

     大白话解释:其实说白了就是,在xoy平面坐标系中,有一个平面区域,这个区域的所有值(x,y)都与一个函数 f(x,y)(设f(x,y)=z)上面的值互相对应。

    确定了这个平面区域内的某个值(x,y),那么就能确定z值的大小。由于在xyz空间直角坐标系中,某一个确定的(x,y)其实有无穷多个,例如(9,9)在空间

    中有无数个,这无数个形成了一条直线,然后这条直线在x上积分,就变成面,形成的面在y上积分就变成了曲顶柱体。所以曲顶柱体的体积就是二重积分的值。

    形象一点解释:你可以把二重积分看成一盒薯条,薯条盒底面有无数个点,每个点都放着一根薯条,把所有薯条加起来就近似薯条盒这个曲顶柱体的体积。

    (2)三重积分

     三重积分的定义:

    解释说明:三重积分说白了就是在空间中有一个区域,这个区域是立体几何图形,然后把这个区域分解成无数个小颗粒,每个小颗粒都有质量,

    然后把所有小颗粒在x,y,z三个方向上面积分,就从小颗粒-->变成小细棍-->变成有质量的曲顶柱体。

    最后总结:初学者很容易搞混二重积分和三重积分,会误以为它们都是求立体几何的体积。

    一、两者的实质不同:

    1、二重积分的实质:表示曲顶柱体体积。

    2、三重积分的实质:表示立体的质量。

    二、两者的概述不同:

    1、二重积分的概述:二重积分是二元函数在空间上的积分,同定积分类似,是某种特定形式的和的极限。本质是求曲顶柱体体积。重积分有着广泛的应用,可以用来计算曲面的面积,平面薄片重心等。平面区域的二重积分可以推广为在高维空间中的(有向)曲面上进行积分,称为曲面积分。

    2、三重积分的概述:设三元函数f(x,y,z)在区域Ω上具有一阶连续偏导数,将Ω任意分割为n个小区域,每个小区域的直径记为rᵢ(i=1,2,...,n),体积记为Δδᵢ,||T||=max{rᵢ};

    在每个小区域内取点f(ξᵢ,ηᵢ,ζᵢ),作和式Σf(ξᵢ,ηᵢ,ζ)Δδᵢ,若该和式当||T||→0时的极限存在且唯一,则称该极限为函数f(x,y,z)在区域Ω上的三重积分,记为∫∫∫f(x,y,z)dV,其中dV=dxdydz。

    三、两者的数学意义不同:

    1、二重积分的数学意义:在空间直角坐标系中,二重积分是各部分区域上柱体体积的代数和,在xoy平面上方的取正,在xoy平面下方的取负。某些特殊的被积函数f(x,y)的所表示的曲面和D底面所为围的曲顶柱体的体积公式已知,可以用二重积分的几何意义的来计算。

    2、三重积分的数学意义:如果空间闭区域G被有限个曲面分为有限个子闭区域,则在G上的三重积分等于各部分闭区域上三重积分的和。

    二重积分和三重积分并不都是可以用来计算体积的。二重积分可以用来计算体积而三重积分不可以用来计算体积

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