首先明白一下概率密度函數與概率質量函數的區別:
總結:概率密度函數是針對連續隨機變量而言的;概率質量函數是針對離散型隨機變量而言的。
(1)一維概率密度:
P(X)是概率密度函數,對P(X)積分就變為概率的值。
注:在一維概率密度函數中,可以用該函數在二維平面中的面積來表示某個區域的概率大小。
(2)二維概率密度:
如上,以一個二維均勻分布(在該區域內,取到每個點的概率相等)的概率密度函數為例子:
下面畫出這個函數在空間的區域圖像。
根據概率密度函數的規范性:可知概率密度累積函數的大小為1,也就是說對概率密度函數進行積分,結果為1.
下面圖像就是針對二維隨機變量的概率密度函數積分的幾何意義。
注:在二維概率密度函數中,可以用該函數在三維空間中的體積來表示某個區域的概率大小。
再次說明:其實二維概率密度函數進行積分,就是就是進行二重積分,二重積分說白了就是求曲頂柱體的體積(曲頂柱體是空間中的立體圖形)
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補充說明:
(1)二重積分
百度百科的定義:
大白話解釋:其實說白了就是,在xoy平面坐標系中,有一個平面區域,這個區域的所有值(x,y)都與一個函數 f(x,y)(設f(x,y)=z)上面的值互相對應。
確定了這個平面區域內的某個值(x,y),那么就能確定z值的大小。由於在xyz空間直角坐標系中,某一個確定的(x,y)其實有無窮多個,例如(9,9)在空間
中有無數個,這無數個形成了一條直線,然后這條直線在x上積分,就變成面,形成的面在y上積分就變成了曲頂柱體。所以曲頂柱體的體積就是二重積分的值。
形象一點解釋:你可以把二重積分看成一盒薯條,薯條盒底面有無數個點,每個點都放着一根薯條,把所有薯條加起來就近似薯條盒這個曲頂柱體的體積。
(2)三重積分
三重積分的定義:
解釋說明:三重積分說白了就是在空間中有一個區域,這個區域是立體幾何圖形,然后把這個區域分解成無數個小顆粒,每個小顆粒都有質量,
然后把所有小顆粒在x,y,z三個方向上面積分,就從小顆粒-->變成小細棍-->變成有質量的曲頂柱體。
最后總結:初學者很容易搞混二重積分和三重積分,會誤以為它們都是求立體幾何的體積。
一、兩者的實質不同:
1、二重積分的實質:表示曲頂柱體體積。
2、三重積分的實質:表示立體的質量。
二、兩者的概述不同:
1、二重積分的概述:二重積分是二元函數在空間上的積分,同定積分類似,是某種特定形式的和的極限。本質是求曲頂柱體體積。重積分有着廣泛的應用,可以用來計算曲面的面積,平面薄片重心等。平面區域的二重積分可以推廣為在高維空間中的(有向)曲面上進行積分,稱為曲面積分。
2、三重積分的概述:設三元函數f(x,y,z)在區域Ω上具有一階連續偏導數,將Ω任意分割為n個小區域,每個小區域的直徑記為rᵢ(i=1,2,...,n),體積記為Δδᵢ,||T||=max{rᵢ};
在每個小區域內取點f(ξᵢ,ηᵢ,ζᵢ),作和式Σf(ξᵢ,ηᵢ,ζ)Δδᵢ,若該和式當||T||→0時的極限存在且唯一,則稱該極限為函數f(x,y,z)在區域Ω上的三重積分,記為∫∫∫f(x,y,z)dV,其中dV=dxdydz。
三、兩者的數學意義不同:
1、二重積分的數學意義:在空間直角坐標系中,二重積分是各部分區域上柱體體積的代數和,在xoy平面上方的取正,在xoy平面下方的取負。某些特殊的被積函數f(x,y)的所表示的曲面和D底面所為圍的曲頂柱體的體積公式已知,可以用二重積分的幾何意義的來計算。
2、三重積分的數學意義:如果空間閉區域G被有限個曲面分為有限個子閉區域,則在G上的三重積分等於各部分閉區域上三重積分的和。
二重積分和三重積分並不都是可以用來計算體積的。二重積分可以用來計算體積,而三重積分不可以用來計算體積。