台湾大学公开课《概率》第五周一道不会作的作业题 ,一种看不懂的解法

第五周的第十题:


巷子呈直线,长L0 = 400 m,艾波宁宁宁以v0 = 4 m/s 初速等速穿越。士兵时时 
刻刻瞄准她;第t 秒时是否击中她,是随时间t 的均匀的泊松事件(Poisson process),且 
与距离离无关。其中,平均每μ 秒能击中一次,μ = 100 / ln( 50 ) 约为25.5622。士兵无法 
击中巷子以外的区域;另外,只要她处于巷中,μ 就是常数数。 
当她每被击中一枪,速度度就会减半;直到她恰中4 枪时,会当场死亡。亦即,中 n 
枪时速度度依序为4, 2, 1, 0.5 m/s,其中n 依序为0, 1, 2, 3。 
请问艾波宁宁宁成功捎信的机率率率为何? 亦即,在她处于巷子之中时,被射中低于四枪的 
机率率率为何?(用小数数即可,误差合理理给对) 


这道题目我没有想起来怎么做,只想起来可以用四重积分来做,太麻烦了。论坛有人给出一种仿真10000次来逼近答案的方法。

论坛有人给出以每一种速度移动的距离的PDF来计算的解法:

设随机变量X为总共走过的距离,我们有
X=X0+X1+X2+X3=v0T0+v1T1+v2T2+v3T3
其中随机变量 T0,T1,T2,T3  为中枪的时间间隔, 由于命中率和速度无关,所以 T0,T1,T2,T3 为同一分布, 记为  PT
我们可以证明,  PT  为指数分布,
PT 的累计概率函数为  FT , 在观察时间t 中,k次中枪的概率为 PK(K=k)
FT(t+Δt)FT(t)=P(t<Tt+Δt)=PK(k=1)Δtt=(tμ)1et/μ1!Δtt
FT 的概率密度函数为 fT , 所以我们有
fT=ΔFT/Δt=1μet/μ
所以 PT 为指数分布

对于随机变量Y = aX , a为常数
FY(y)=P(Yy)=P(Xy/a)=FX(y/a)
对y求导,有
fY=fx(y/a)1a
所以对于 X0 , 我们有
fX0=1v0μexv0μ=a0ea0x
同样我们有
fX1=a1ea1x
fX2=a2ea2x
fX3=a3ea3x
其中  ai= 1viμ


对于随机变量 Y = X1 + X2, 我们有
fY=0yfX1(x)fX2(yx)dx=fX1fX2   (本题中x都大于0,所以下限取0)
也就是两者的卷积。
带入上面的 fX1,fX2 , 积分后,当 a0a1 时 我们可以得到
fX0fX1=a0fX1a1a0+a1fX0a0a1
a0=a1 是,就是Erlang分布

所以对于 X=X0+X1+X2+X3 , 有
fX=fX0fX1fX2fX3
由数学归纳法,我们可以得到
fX=a1a2a3fX0(a1a0)(a2a0)(a3a0)+a0a2a3fX1(a0a1)(a2a1)(a3a1)+a0a1a3fX2(a0a2)(a1a2)(a3a2)+a0a1a2fX3(a0a3)(a1a3)(a2a3)

之后我们就可以求出 FX , 得到  1FX(400)

*表示卷积。这种方法真心碉堡了。当然,我没有看懂

 

posted on 2013-10-12 22:36  you Richer  阅读(725)  评论(0编辑  收藏  举报