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一道饶有兴味的数列题

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小学生都能听懂的题目描述:现有4个白球和3个红球。如果取出红球就把它放回去,如果取出白球就拿红球放回去。求取n次后期望红球数。
但是做起来真不简单。我的想法是,把第n次所有可能的红球数(3、4、5、6、7)的概率分别都设出来,然后利用递推关系分别表示第n+1次所有可能的红球数的概率,这就建立了第n+1次和第n次的纽带。然后我分别表示出第n次期望和n+1次期望,把递推关系代进去,利用简单的变形、相减相消就得到了第n次和第n+1次数学期望值的递推关系,后面就容易了。其实这题也没有多大创新,解题模板跟原来见到的差不多(设概率,找出概率的递推关系,进而表示出期望的递推关系),只是这次不能直接求出概率,而是用概率表示期望,利用整体校园的思想得出数学期望的递推关系(这让我想到了已知Sn、Sn+1、an、an+1的任意几者的关系,不是先求an再求Sn,而是消去an直接用Sn表示Sn+1),思维难度确实不难。
可是当我把这种解法提供给数学老师时,他却不以为意,觉得我这种做法复杂了。班上的一些成绩“拔尖”的学生提出的另一种做法,如图2所示,他们似乎想要把E(Xn)看成一个“整体”,直接表示递推关系,另外他们还要证明证明E(Xn)与Xn确实存在线性递推关系,才能使他们的理论成立。看起来好像比我的要简单。但是我没有看懂,首先我不理解Xn到底设的是什么,它和E(Xn)有什么区别?其次,他们好像是先假设是线性递推关系,然后证明确实是线性递推关系,但是我觉得这种证明方法只能自圆其说(也就是循环论证),并不能证明这确实且只能是一种线性递推关系。
期望能有高手为我指点迷津,鄙人不胜感激。



IP属地:重庆来自Android客户端1楼2024-04-28 23:32回复
    X_n是一个随机变量,EX_n是它的期望。第二种方法写的并不严谨,第一步应该是X_n+1在给定X_n下的条件期望,第二步用条件期望的平滑性。线性性质不知道怎么推的,感觉也没有用。


    IP属地:安徽来自Android客户端3楼2024-04-30 10:22
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      天灵灵,地灵灵,数学大神快显灵!


      IP属地:重庆来自Android客户端4楼2024-04-30 17:17
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        这里的E(X_{n+1})指的是条件数学期望。
        应该写作E(X_{n+1}|X_{n})。
        高中不会学这个东西吧。
        简单来说,离散型随机变量的条件数学期望E(Y|X)可以理解为一个X上的随机变量,它在X=x处取值为E[Y|X=x]
        E[Y|X=x]是在X取值为x时Y的期望,相当于\sum y*P(Y=y|X=x)


        IP属地:上海来自Android客户端5楼2024-05-01 00:17
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