1.- Si la función de distribución conjunta de X y Y está dada por:
F
(
x
,
y
)
=
{
(
1
−
e
−
2
x
)
(
1
−
e
−
3
y
)
0
<
x
<
∞
,
0
<
y
<
∞
0
otro caso
{\displaystyle F(x,y)={\begin{cases}\left(1-e^{-2x}\right)\left(1-e^{-3y}\right)&0<x<\infty ,0<y<\infty \\0&{\mbox{otro caso}}\end{cases}}}
Determina:
a) La densidad conjunta de X y Y .
Como se nos da F(x,y), es decir la distribución acumulada, de manera para obtenerla debimos integrar con respecto de x y y , así que para obtenerla, debemos derivar parcialmente con respecto de x y y :
f
(
x
,
y
)
{\displaystyle f(x,y)}
=
∂
2
[
(
1
−
e
−
2
x
)
(
1
−
e
−
3
y
)
]
∂
x
∂
y
{\displaystyle \partial ^{2}\left[\left(1-e^{-2x}\right)\left(1-e^{-3y}\right)\right] \over \partial x\partial y}
=
∂
[
(
2
e
−
2
x
)
(
1
−
e
−
3
y
)
]
∂
y
{\displaystyle \partial \left[\left(2e^{-2x}\right)\left(1-e^{-3y}\right)\right] \over \partial y}
=
(
2
e
−
2
x
)
(
3
e
−
3
y
)
=
6
e
−
2
x
−
3
y
{\displaystyle =\left(2e^{-2x}\right)\left(3e^{-3y}\right)=6e^{-2x-3y}}
Es decir:
f
(
x
,
y
)
=
{
6
e
−
2
x
−
3
y
0
<
x
<
∞
,
0
<
y
<
∞
0
otro caso
{\displaystyle f(x,y)={\begin{cases}6e^{-2x-3y}&0<x<\infty ,0<y<\infty \\0&{\mbox{otro caso}}\end{cases}}}
b)
P
(
X
<
1
3
,
Y
>
1
)
=
P
(
0
<
X
<
1
3
,
1
<
Y
<
∞
)
=
∫
0
1
3
∫
1
∞
6
e
−
2
x
−
3
y
d
x
d
y
=
6
∫
0
1
3
e
−
2
x
∫
1
∞
e
−
3
y
d
x
d
y
{\displaystyle \operatorname {P} (X<{\frac {1}{3}},Y>1)=\operatorname {P} (0<X<{\frac {1}{3}},1<Y<\infty )=\int _{0}^{\frac {1}{3}}\int _{1}^{\infty }6e^{-2x-3y}\,\operatorname {d} x\,\operatorname {d} y=6\int _{0}^{\frac {1}{3}}e^{-2x}\int _{1}^{\infty }e^{-3y}\,\operatorname {d} x\,\operatorname {d} y}
6
∫
0
1
3
e
−
2
x
[
−
1
3
e
−
3
y
]
|
1
∞
d
y
=
6
∫
0
1
3
e
−
2
x
[
1
3
e
−
3
]
d
y
=
6
(
1
3
e
−
3
)
∫
0
1
3
e
−
2
x
d
y
=
2
e
−
3
[
−
1
2
e
−
2
x
]
|
0
1
3
{\displaystyle 6\int _{0}^{\frac {1}{3}}e^{-2x}\left[-{\frac {1}{3}}\,e^{-3y}\right]{\Bigg |}_{1}^{\infty }\operatorname {d} y=6\int _{0}^{\frac {1}{3}}e^{-2x}\left[{\frac {1}{3}}\,e^{-3}\right]\operatorname {d} y=6\left({\frac {1}{3}}\,e^{-3}\right)\int _{0}^{\frac {1}{3}}e^{-2x}\operatorname {d} y=2e^{-3}\left[-{\frac {1}{2}}e^{-2x}\right]{\Bigg |}_{0}^{\frac {1}{3}}}
=
2
e
−
3
(
−
1
2
e
−
2
3
+
1
2
)
=
e
−
11
3
+
e
−
3
≈
0.0242
{\displaystyle =2e^{-3}\left(-{\frac {1}{2}}e^{-{\frac {2}{3}}}+{\frac {1}{2}}\right)=e^{-{\frac {11}{3}}}+e^{-3}\approx 0.0242}
c)
h
(
y
)
=
∫
0
∞
6
e
−
2
x
−
3
y
d
x
=
6
e
−
3
y
∫
0
∞
e
−
2
x
d
x
=
6
e
−
3
y
[
−
1
2
e
−
2
x
]
|
0
∞
=
6
e
−
3
y
(
1
2
)
=
3
e
−
3
y
{\displaystyle \operatorname {h} (y)=\int _{0}^{\infty }6e^{-2x-3y}\,\operatorname {d} x=6e^{-3y}\int _{0}^{\infty }e^{-2x}\,\operatorname {d} x=6e^{-3y}\left[-{\frac {1}{2}}e^{-2x}\right]{\Bigg |}_{0}^{\infty }=6e^{-3y}\left({\frac {1}{2}}\right)=3e^{-3y}}
d)
M
y
(
t
)
=
E
[
e
x
t
]
=
∫
0
∞
∫
0
∞
e
x
t
6
e
−
2
x
−
3
y
d
x
d
y
=
6
∫
0
∞
e
−
3
y
∫
0
∞
e
(
t
−
2
)
x
d
x
d
y
{\displaystyle \operatorname {M_{y}} (t)=\operatorname {E} \left[e^{xt}\right]=\int _{0}^{\infty }\int _{0}^{\infty }e^{xt}6e^{-2x-3y}\,\operatorname {d} x\,\operatorname {d} y=6\int _{0}^{\infty }e^{-3y}\int _{0}^{\infty }e^{(t-2)x}\,\operatorname {d} x\,\operatorname {d} y}
=
6
∫
0
∞
e
−
3
y
[
e
(
t
−
2
)
x
t
−
2
]
|
0
∞
d
y
=
6
∫
0
∞
e
−
3
y
(
−
1
t
−
2
)
d
y
=
−
6
t
−
2
∫
0
∞
e
−
3
y
d
y
=
−
6
t
−
2
[
−
1
3
e
−
3
y
]
|
0
∞
{\displaystyle =6\int _{0}^{\infty }e^{-3y}\left[{\frac {e^{(t-2)x}}{t-2}}\right]{\Bigg |}_{0}^{\infty }\,\operatorname {d} y=6\int _{0}^{\infty }e^{-3y}\left(-{\frac {1}{t-2}}\right)\,\operatorname {d} y=-{\frac {6}{t-2}}\int _{0}^{\infty }e^{-3y}\,\operatorname {d} y=-{\frac {6}{t-2}}\left[-{\frac {1}{3}}e^{-3y}\right]{\Bigg |}_{0}^{\infty }}
=
−
6
t
−
2
(
1
3
)
=
−
2
t
−
2
{\displaystyle =-{\frac {6}{t-2}}\left({\frac {1}{3}}\right)=-{\frac {2}{t-2}}}
Válido para t<2 , ya que nótese que si no fuera así, no se podría evaluar el límite de la primera integral en infinito.