概率密度函数(Probability Density Function, PDF)是描述连续型随机变量在某个确定取值点附近的可能性的函数。对于一维连续型随机变量 $X$,其概率密度函数 $f(x)$ 可以通过以下步骤求得:
确定累积分布函数(Cumulative Distribution Function, CDF)
累积分布函数 $F(x)$ 是随机变量 $X$ 小于或等于 $x$ 的概率,即:
$$
F(x) = P(X \leq x)
$$
求导累积分布函数
概率密度函数 $f(x)$ 是累积分布函数 $F(x)$ 对 $x$ 的导数,即:
$$
f(x) = \frac{dF(x)}{dx}
$$
示例
假设随机变量 $X$ 服从均匀分布,其取值范围为 $[a, b]$,则其累积分布函数为:
$$
F(x) = \begin{cases}
0 & \text{if } x < a \\
\frac{x - a}{b - a} & \text{if } a \leq x \leq b \\
1 & \text{if } x > b
\end{cases}
$$
对 $F(x)$ 求导,得到概率密度函数:
$$
f(x) = \frac{d}{dx} \left( \frac{x - a}{b - a} \right) = \frac{1}{b - a} \quad \text{for } a \leq x \leq b
$$
当 $x < a$ 或 $x > b$ 时,$f(x) = 0$。
总结
对于一维连续型随机变量 $X$,其概率密度函数 $f(x)$ 可以通过求其累积分布函数 $F(x)$ 的导数得到。对于均匀分布,概率密度函数是一个常数 $\frac{1}{b - a}$,在取值范围 $[a, b]$ 内。对于其他分布,概率密度函数的形式会有所不同,需要根据具体的分布函数来求解。