【小呆的概率论学习笔记】正态分布的代数运算

news2024/11/28 11:58:01

文章目录

      • 1. 正态分布简介
      • 1. 正态分布的数字特征
      • 2. 正态分布的代数运算
        • a. 单随机变量的代数运算
        • b. 两个正态分布随机变量的和
        • c. 多个正态分布随机变量的线性组合

1. 正态分布简介

正态分布应该是概率论和数理统计中最重要的一类概率分布,最早的完整论述是由数学王子高斯提出,高斯主要用来分析观测的误差分析中推导出正态分布。虽然随着概率统计学的发展,自然分布形式多种多样,但是正态分布仍然可以说是最重要的自然分布。
一维正态分布的概率密度函数如下所示:
f ( x ) = 1 σ 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 f(x)=\frac{1}{\sigma \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}} f(x)=σ2π 1e21σ2(xμ)2
上述概率密度图形如下图所示。
在这里插入图片描述

1. 正态分布的数字特征

正态分布的期望也就是均值如下式所示。
E ( x ) = ∫ − ∞ ∞ x f ( x ) d x = ∫ − ∞ ∞ x ⋅ 1 σ 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x = ∫ − ∞ ∞ x − μ σ ⋅ 1 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x + ∫ − ∞ ∞ μ σ ⋅ 1 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x \begin{aligned} E(x)&=\int _{-\infty}^{\infty} xf(x) dx=\int _{-\infty}^{\infty} x\cdot\frac{1}{\sigma \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx\\ &=\int _{-\infty}^{\infty} \frac{x-\mu}{\sigma}\cdot\frac{1}{ \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx+\int _{-\infty}^{\infty} \frac{\mu}{\sigma}\cdot\frac{1}{ \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx \end{aligned} E(x)=xf(x)dx=xσ2π 1e21σ2(xμ)2dx=σxμ2π 1e21σ2(xμ)2dx+σμ2π 1e21σ2(xμ)2dx
第一个积分式中用变量变换 z = x − μ σ z=\frac{x-\mu}{\sigma} z=σxμ
∫ − ∞ ∞ x − μ σ ⋅ 1 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x = ∫ − ∞ ∞ z ⋅ 1 2 π e − 1 2 z 2 σ d z = σ 2 π ∫ − ∞ ∞ z e − 1 2 z 2 d z = σ 2 π ( ∫ − ∞ 0 z e − 1 2 z 2 d z + ∫ 0 ∞ z e − 1 2 z 2 d z ) = σ 2 π ( ∫ − ∞ 0 ( − t ) e − 1 2 ( − t ) 2 d ( − t ) + ∫ 0 ∞ z e − 1 2 z 2 d z ) = σ 2 π ( ∫ ∞ 0 t e − 1 2 t 2 d t + ∫ 0 ∞ z e − 1 2 z 2 d z ) = σ 2 π ( − ∫ 0 ∞ t e − 1 2 t 2 d t + ∫ 0 ∞ z e − 1 2 z 2 d z ) = 0 \begin{aligned} \int _{-\infty}^{\infty} \frac{x-\mu}{\sigma}\cdot\frac{1}{ \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx&=\int _{-\infty}^{\infty} z \cdot\frac{1}{ \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2}\sigma dz\\ &=\frac{\sigma}{ \sqrt {2 \pi}}\int _{-\infty}^{\infty} z \mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2} dz\\ &=\frac{\sigma}{ \sqrt {2 \pi}}(\int _{-\infty}^{0} z \mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2} dz+\int _{0}^{\infty} z \mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2} dz)\\ &=\frac{\sigma}{ \sqrt {2 \pi}}(\int _{-\infty}^{0} (-t) \mathbf e^{-\frac{1}{2}(-t)^2} d(-t)+\int _{0}^{\infty} z \mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2} dz)\\ &=\frac{\sigma}{ \sqrt {2 \pi}}(\int _{\infty}^{0} t \mathbf e^{-\frac{1}{2}t^2} dt + \int _{0}^{\infty} z \mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2} dz)\\ &=\frac{\sigma}{ \sqrt {2 \pi}}(-\int _{0}^{\infty} t \mathbf e^{-\frac{1}{2}t^2} dt + \int _{0}^{\infty} z \mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2} dz)\\ &=0 \end{aligned} σxμ2π 1e21σ2(xμ)2dx=z2π 1e21z2σdz=2π σze21z2dz=2π σ(0ze21z2dz+0ze21z2dz)=2π σ(0(t)e21(t)2d(t)+0ze21z2dz)=2π σ(0te21t2dt+0ze21z2dz)=2π σ(0te21t2dt+0ze21z2dz)=0
第二个积分式其实就是正态分布的累积函数
∫ − ∞ ∞ μ σ ⋅ 1 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x = μ ⋅ ∫ − ∞ ∞ 1 σ 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x = μ ⋅ 1 \int _{-\infty}^{\infty} \frac{\mu}{\sigma}\cdot\frac{1}{ \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx=\mu \cdot\int _{-\infty}^{\infty} \frac{1}{\sigma \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx=\mu\cdot1 σμ2π 1e21σ2(xμ)2dx=μσ2π 1e21σ2(xμ)2dx=μ1
因此,
E ( x ) = ∫ − ∞ ∞ x − μ σ ⋅ 1 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x + ∫ − ∞ ∞ μ σ ⋅ 1 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x = 0 + μ ⋅ 1 = μ \begin{aligned} E(x)&=\int _{-\infty}^{\infty} \frac{x-\mu}{\sigma}\cdot\frac{1}{ \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx+\int _{-\infty}^{\infty} \frac{\mu}{\sigma}\cdot\frac{1}{ \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx\\ &=0+\mu\cdot1\\ &=\mu \end{aligned} E(x)=σxμ2π 1e21σ2(xμ)2dx+σμ2π 1e21σ2(xμ)2dx=0+μ1=μ

正态分布的方差如下式所示。
V a r ( x ) = ∫ − ∞ ∞ ( x − E ( x ) ) 2 f ( x ) d x = ∫ − ∞ ∞ ( x − μ ) 2 ⋅ 1 σ 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x = ∫ − ∞ ∞ ( x − μ σ ) 2 ⋅ σ ⋅ 1 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x \begin{aligned} Var(x)&=\int _{-\infty}^{\infty} (x-E(x))^2f(x) dx=\int _{-\infty}^{\infty} (x-\mu)^2\cdot\frac{1}{\sigma \sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx\\ &=\int _{-\infty}^{\infty} (\frac{x-\mu}{\sigma })^2 \cdot\sigma \cdot\frac{1}{\sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx \end{aligned} Var(x)=(xE(x))2f(x)dx=(xμ)2σ2π 1e21σ2(xμ)2dx=(σxμ)2σ2π 1e21σ2(xμ)2dx
对上式使用变量变换 z = x − μ σ z=\frac{x-\mu}{\sigma} z=σxμ
V a r ( x ) = ∫ − ∞ ∞ ( x − μ σ ) 2 ⋅ σ ⋅ 1 2 π e − 1 2 ( x − μ ) 2 σ 2 d x = ∫ − ∞ ∞ z 2 ⋅ σ 2 π e − 1 2 z 2 σ d z = σ 2 2 π ∫ − ∞ ∞ z 2 ⋅ e − 1 2 z 2 d z \begin{aligned} Var(x)&=\int _{-\infty}^{\infty} (\frac{x-\mu}{\sigma })^2 \cdot\sigma\cdot\frac{1}{\sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(x-\mu)^2}{\sigma^2}}dx\\ &=\int _{-\infty}^{\infty} z^2 \cdot\frac{\sigma}{\sqrt {2 \pi}}\mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2}\sigma dz\\ &=\frac{\sigma^2}{\sqrt {2 \pi}}\int _{-\infty}^{\infty} z^2 \cdot\mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2} dz \end{aligned} Var(x)=(σxμ)2σ2π 1e21σ2(xμ)2dx=z22π σe21z2σdz=2π σ2z2e21z2dz
对上式使用变量变换 t = z 2 t=\frac{z}{\sqrt2} t=2 z
V a r ( x ) = σ 2 2 π ∫ − ∞ ∞ z 2 ⋅ e − 1 2 z 2 d z = σ 2 2 π ∫ − ∞ ∞ ( 2 t ) 2 ⋅ e − 1 2 ( 2 t ) 2 d ( 2 t ) = σ 2 2 π ∫ − ∞ ∞ 2 t 2 ⋅ e − t 2 ⋅ 2 d t = 2 σ 2 π ∫ − ∞ ∞ t 2 ⋅ e − t 2 d t = 2 σ 2 π ∫ − ∞ ∞ ( − 1 2 t ) ⋅ d ( e − t 2 ) = 2 σ 2 π [ ( − 1 2 t ) ⋅ e − t 2 ∣ − ∞ + ∞ − ∫ − ∞ ∞ ( e − t 2 ) ⋅ d ( − 1 2 t ) ] \begin{aligned} Var(x) &=\frac{\sigma^2}{\sqrt {2 \pi}}\int _{-\infty}^{\infty} z^2 \cdot\mathbf e^{-\frac{1}{2}z^2} dz\\ &=\frac{\sigma^2}{\sqrt {2 \pi}}\int _{-\infty}^{\infty} (\sqrt2 t)^2 \cdot\mathbf e^{-\frac{1}{2} (\sqrt2 t)^2} d (\sqrt2 t)\\ &=\frac{\sigma^2}{\sqrt {2 \pi}}\int _{-\infty}^{\infty} 2 t^2 \cdot\mathbf e^{- t^2} \cdot \sqrt2 dt\\ &=\frac{2\sigma^2}{\sqrt { \pi}}\int _{-\infty}^{\infty} t^2 \cdot\mathbf e^{- t^2} dt\\ &=\frac{2\sigma^2}{\sqrt { \pi}}\int _{-\infty}^{\infty} (-\frac{1}{2}t) \cdot d(\mathbf e^{- t^2})\\ &=\frac{2\sigma^2}{\sqrt { \pi}}[(-\frac{1}{2}t)\cdot\mathbf e^{- t^2}|_{-\infty}^{+\infty}-\int _{-\infty}^{\infty} (\mathbf e^{- t^2}) \cdot d(-\frac{1}{2}t)] \end{aligned} Var(x)=2π σ2z2e21z2dz=2π σ2(2 t)2e21(2 t)2d(2 t)=2π σ22t2et22 dt=π 2σ2t2et2dt=π 2σ2(21t)d(et2)=π 2σ2[(21t)et2+(et2)d(21t)]
上式中第一项等于零,因为
lim ⁡ t → − ∞ t ⋅ e − t 2 = lim ⁡ t → − ∞ t e t 2 = 0 lim ⁡ t → + ∞ t ⋅ e − t 2 = lim ⁡ t → + ∞ t e t 2 = 0 \lim_{t\to-\infty} t\cdot\mathbf e^{- t^2}=\lim_{t\to-\infty} \frac{t}{\mathbf e^{t^2}}=0\\ \lim_{t\to+\infty} t\cdot\mathbf e^{- t^2}=\lim_{t\to+\infty} \frac{t}{\mathbf e^{t^2}}=0 tlimtet2=tlimet2t=0t+limtet2=t+limet2t=0
那么方差就只剩第二项了,这里要用到 ∫ − ∞ ∞ e − t 2 d t = π \int _{-\infty}^{\infty} \mathbf e^{- t^2} dt=\sqrt \pi et2dt=π ,这个方程可以从伽马函数中导出。
V a r ( x ) = 2 σ 2 π ⋅ 1 2 ∫ − ∞ ∞ e − t 2 d t = σ 2 π ∫ − ∞ ∞ e − t 2 d t = σ 2 \begin{aligned} Var(x) &=\frac{2\sigma^2}{\sqrt { \pi}}\cdot\frac{1}{2}\int _{-\infty}^{\infty} \mathbf e^{- t^2} dt\\ &=\frac{\sigma^2}{\sqrt { \pi}}\int _{-\infty}^{\infty} \mathbf e^{- t^2} dt\\ &=\sigma^2 \end{aligned} Var(x)=π 2σ221et2dt=π σ2et2dt=σ2

2. 正态分布的代数运算

a. 单随机变量的代数运算

假设随机变量 X X X服从正态分布, X ∼ N ( μ , σ 2 ) X\sim N(\mu,\sigma^2) XN(μ,σ2),那么随机变量 Y = a X + b Y=aX+b Y=aX+b可由变量变换 X = Y − b a X=\frac{Y-b}{a} X=aYb来导出,即随机变量 X X X的累积函数为
F ( x ) = ∫ − ∞ x f ( ξ ) d ξ = ∫ − ∞ x 1 σ 2 π e − 1 2 ( ξ − μ ) 2 σ 2 d ξ = ∫ − ∞ y − b a 1 σ 2 π e − 1 2 ( η − b a − μ ) 2 σ 2 d ( η − b a ) = ∫ − ∞ y 1 σ 2 π e − 1 2 ( η − b − a μ ) 2 a 2 σ 2 1 a d η = F ( y ) \begin{aligned} F(x)&=\int_{-\infty}^xf(\xi)d\xi=\int_{-\infty}^x \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} \mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(\xi-\mu)^2}{\sigma^2}}d\xi\\ &=\int_{-\infty}^{\frac{y-b}{a}} \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} \mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(\frac{\eta-b}{a}-\mu)^2}{\sigma^2}}d(\frac{\eta-b}{a})\\ &=\int_{-\infty}^{y} \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} \mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(\eta-b-a\mu)^2}{a^2\sigma^2}}\frac{1}{a}d\eta=F(y) \end{aligned} F(x)=xf(ξ)dξ=xσ2π 1e21σ2(ξμ)2dξ=aybσ2π 1e21σ2(aηbμ)2d(aηb)=yσ2π 1e21a2σ2(ηbaμ)2a1dη=F(y)
那么随机变量 Y Y Y的概率密度函数为
f ( y ) = d F ( y ) d y = 1 a σ 2 π e − 1 2 ( η − b − a μ ) 2 a 2 σ 2 f(y)=\frac{dF(y)}{dy}=\frac{1}{a\sigma\sqrt{2\pi}} \mathbf e^{-\frac{1}{2}\frac{(\eta-b-a\mu)^2}{a^2\sigma^2}} f(y)=dydF(y)=2π 1e21a2σ2(ηbaμ)2
那么显然随机变量 Y Y Y也是正态分布的,且 Y ∼ N ( b + a μ , a 2 σ 2 ) Y\sim N(b+a\mu,a^2\sigma^2) YN(b+aμ,a2σ2)

b. 两个正态分布随机变量的和

假设随机变量 X 、 Y X、Y XY服从正态分布, X ∼ N ( μ X , σ X 2 ) X\sim N(\mu_X,\sigma_X^2) XN(μX,σX2) Y ∼ N ( μ Y , σ Y 2 ) Y\sim N(\mu_Y,\sigma_Y^2) YN(μY,σY2),那么 Z = X + Y Z=X+Y Z=X+Y服从什么分布呢?
我们从 Z Z Z的累积函数定义出发观察,
F Z ( z ) = ∫ − ∞ z f ( Z ) d Z F_Z(z)=\int_{-\infty}^zf(Z)dZ FZ(z)=zf(Z)dZ
Z = X + Y Z=X+Y Z=X+Y,那么 Z Z Z的累积函数一定也可以表示成(X,Y)联合概率密度的积分形式,并且积分域如下图所示
在这里插入图片描述

由二重积分的定义出发,我们可以得到
F Z ( z ) = ∫ − ∞ + ∞ ∫ − ∞ z − x f ( x , y ) d y d x F_Z(z)=\int_{-\infty}^{+\infty} \int_{-\infty}^{z-x} f(x,y)dydx FZ(z)=+zxf(x,y)dydx
用变量变换 y = υ − x y=\upsilon-x y=υx,上式变成
F Z ( z ) = ∫ − ∞ + ∞ ∫ − ∞ z − x f ( x , y ) d y d x = ∫ − ∞ + ∞ ∫ − ∞ z − x f ( x , υ − x ) d ( υ − x ) d x = ∫ − ∞ + ∞ ∫ − ∞ z f ( x , υ − x ) d υ d x \begin{aligned} F_Z(z)&=\int_{-\infty}^{+\infty} \int_{-\infty}^{z-x} f(x,y)dydx=\int_{-\infty}^{+\infty} \int_{-\infty}^{z-x} f(x,\upsilon-x)d(\upsilon-x)dx\\ &=\int_{-\infty}^{+\infty} \int_{-\infty}^{z} f(x,\upsilon-x)d\upsilon dx \end{aligned} FZ(z)=+zxf(x,y)dydx=+zxf(x,υx)d(υx)dx=+zf(x,υx)dυdx
那么随机变量 Z Z Z的概率密度函数为
f Z ( z ) = d F Z ( z ) d z = ∫ − ∞ + ∞ f ( x , z − x ) d x f_Z(z)=\frac{dF_Z(z)}{dz}=\int_{-\infty}^{+\infty} f(x,z-x)dx fZ(z)=dzdFZ(z)=+f(x,zx)dx
如果随机变量 X 、 Y X、Y XY是独立的,那么
f Z ( z ) = ∫ − ∞ + ∞ f ( x , z − x ) d x = ∫ − ∞ + ∞ f X ( x ) f Y ( z − x ) d x = ∫ − ∞ + ∞ 1 σ x 2 π e − ( x − μ x ) 2 2 σ x 2 1 σ y 2 π e − ( z − x − μ y ) 2 2 σ y 2 d x = ∫ − ∞ + ∞ 1 σ x σ y 2 π e − ( z − μ x − μ y ) 2 2 ( σ x 2 + σ y 2 ) − 1 2 ( σ x 2 + σ y 2 σ x 2 ⋅ σ y 2 x + σ x z σ y σ x 2 + σ y 2 + σ y μ x σ x σ x 2 + σ y 2 + σ x μ y σ y σ x 2 + σ y 2 ) 2 d x = 1 σ x σ y 2 π e − ( z − μ x − μ y ) 2 2 ( σ x 2 + σ y 2 ) ∫ − ∞ + ∞ e − 1 2 ( σ x 2 + σ y 2 σ x 2 ⋅ σ y 2 x + σ x z σ y σ x 2 + σ y 2 + σ y μ x σ x σ x 2 + σ y 2 + σ x μ y σ y σ x 2 + σ y 2 ) 2 d x = 1 σ x σ y 2 π e − ( z − μ x − μ y ) 2 2 ( σ x 2 + σ y 2 ) σ x 2 ⋅ σ y 2 σ x 2 + σ y 2 ∫ − ∞ + ∞ e − 1 2 ( σ x 2 + σ y 2 σ x 2 ⋅ σ y 2 x + σ x z σ y σ x 2 + σ y 2 + σ y μ x σ x σ x 2 + σ y 2 + σ x μ y σ y σ x 2 + σ y 2 ) 2 d ( σ x 2 + σ y 2 σ x 2 ⋅ σ y 2 x ) = 1 2 π σ x 2 + σ y 2 e − ( z − μ x − μ y ) 2 2 ( σ x 2 + σ y 2 ) ∫ − ∞ + ∞ e − 1 2 t 2 d t \begin{aligned} f_Z(z)&=\int_{-\infty}^{+\infty} f(x,z-x)dx =\int_{-\infty}^{+\infty} f_X(x)f_Y(z-x)dx\\ &=\int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{\sigma_x\sqrt {2\pi}}\mathbf e^{-\frac{(x-\mu_x)^2}{2\sigma_x^2}} \frac{1}{\sigma_y\sqrt {2\pi}}\mathbf e^{-\frac{(z-x-\mu_y)^2}{2\sigma_y^2}}dx\\ &=\int_{-\infty}^{+\infty}\frac{1}{\sigma_x\sigma_y 2\pi}\mathbf e^{-\frac{(z-\mu_x-\mu_y)^2}{2(\sigma_x^2+\sigma_y^2)}-\frac{1}{2}(\sqrt\frac{\sigma_x^2+\sigma_y^2}{\sigma_x^2\cdot\sigma_y^2}x+\frac{\sigma_xz}{\sigma_y\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}+\frac{\sigma_y\mu_x}{\sigma_x\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}+\frac{\sigma_x\mu_y}{\sigma_y\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}})^2}dx\\ &=\frac{1}{\sigma_x\sigma_y 2\pi}\mathbf e^{-\frac{(z-\mu_x-\mu_y)^2}{2(\sigma_x^2+\sigma_y^2)}} \int_{-\infty}^{+\infty} \mathbf e^{-\frac{1}{2}(\sqrt\frac{\sigma_x^2+\sigma_y^2}{\sigma_x^2\cdot\sigma_y^2}x+\frac{\sigma_xz}{\sigma_y\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}+\frac{\sigma_y\mu_x}{\sigma_x\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}+\frac{\sigma_x\mu_y}{\sigma_y\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}})^2}dx\\ &=\frac{1}{\sigma_x\sigma_y 2\pi}\mathbf e^{-\frac{(z-\mu_x-\mu_y)^2}{2(\sigma_x^2+\sigma_y^2)}} \sqrt{\frac{\sigma_x^2\cdot\sigma_y^2}{\sigma_x^2+\sigma_y^2}} \int_{-\infty}^{+\infty} \mathbf e^{-\frac{1}{2}(\sqrt\frac{\sigma_x^2+\sigma_y^2}{\sigma_x^2\cdot\sigma_y^2}x+\frac{\sigma_xz}{\sigma_y\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}+\frac{\sigma_y\mu_x}{\sigma_x\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}+\frac{\sigma_x\mu_y}{\sigma_y\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}})^2}d(\sqrt{\frac{\sigma_x^2+\sigma_y^2}{\sigma_x^2\cdot\sigma_y^2}}x)\\ &=\frac{1}{2\pi\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}\mathbf e^{-\frac{(z-\mu_x-\mu_y)^2}{2(\sigma_x^2+\sigma_y^2)}}\int_{-\infty}^{+\infty}\mathbf e^{-\frac{1}{2}t^2}dt \end{aligned} fZ(z)=+f(x,zx)dx=+fX(x)fY(zx)dx=+σx2π 1e2σx2(xμx)2σy2π 1e2σy2(zxμy)2dx=+σxσy2π1e2(σx2+σy2)(zμxμy)221(σx2σy2σx2+σy2 x+σyσx2+σy2 σxz+σxσx2+σy2 σyμx+σyσx2+σy2 σxμy)2dx=σxσy2π1e2(σx2+σy2)(zμxμy)2+e21(σx2σy2σx2+σy2 x+σyσx2+σy2 σxz+σxσx2+σy2 σyμx+σyσx2+σy2 σxμy)2dx=σxσy2π1e2(σx2+σy2)(zμxμy)2σx2+σy2σx2σy2 +e21(σx2σy2σx2+σy2 x+σyσx2+σy2 σxz+σxσx2+σy2 σyμx+σyσx2+σy2 σxμy)2d(σx2σy2σx2+σy2 x)=2πσx2+σy2 1e2(σx2+σy2)(zμxμy)2+e21t2dt
这其中
∫ − ∞ + ∞ e − 1 2 t 2 d t = 2 ⋅ ∫ − ∞ + ∞ e − 1 2 t 2 d ( t 2 ) = 2 ⋅ ∫ − ∞ + ∞ e − τ 2 d τ = 2 ⋅ π \int_{-\infty}^{+\infty}\mathbf e^{-\frac{1}{2}t^2}dt=\sqrt2\cdot\int_{-\infty}^{+\infty}\mathbf e^{-\frac{1}{2}t^2}d(\frac{t}{\sqrt2})=\sqrt2\cdot\int_{-\infty}^{+\infty}\mathbf e^{-\tau^2}d\tau=\sqrt2\cdot\sqrt\pi +e21t2dt=2 +e21t2d(2 t)=2 +eτ2dτ=2 π
那么
f Z ( z ) = 1 2 π σ x 2 + σ y 2 e − ( z − μ x − μ y ) 2 2 ( σ x 2 + σ y 2 ) ∫ − ∞ + ∞ e − 1 2 t 2 d t = 1 2 π σ x 2 + σ y 2 e − ( z − μ x − μ y ) 2 2 ( σ x 2 + σ y 2 ) 2 ⋅ π = 1 2 π σ x 2 + σ y 2 e − ( z − μ x − μ y ) 2 2 ( σ x 2 + σ y 2 ) \begin{aligned} f_Z(z)&=\frac{1}{2\pi\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}\mathbf e^{-\frac{(z-\mu_x-\mu_y)^2}{2(\sigma_x^2+\sigma_y^2)}}\int_{-\infty}^{+\infty}\mathbf e^{-\frac{1}{2}t^2}dt\\ &=\frac{1}{2\pi\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}\mathbf e^{-\frac{(z-\mu_x-\mu_y)^2}{2(\sigma_x^2+\sigma_y^2)}}\sqrt2\cdot\sqrt\pi\\ &=\frac{1}{\sqrt{2\pi}\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2}}\mathbf e^{-\frac{(z-\mu_x-\mu_y)^2}{2(\sigma_x^2+\sigma_y^2)}} \end{aligned} fZ(z)=2πσx2+σy2 1e2(σx2+σy2)(zμxμy)2+e21t2dt=2πσx2+σy2 1e2(σx2+σy2)(zμxμy)22 π =2π σx2+σy2 1e2(σx2+σy2)(zμxμy)2
不难得出随机变量 Z Z Z也是服从正态分布,并且 Z ∼ N ( μ X + μ Y , σ X 2 + σ Y 2 ) Z\sim N(\mu_X+\mu_Y,\sigma_X^2+\sigma_Y^2) ZN(μX+μY,σX2+σY2)

c. 多个正态分布随机变量的线性组合

假设随机变量 X 1 、 X 2 、 . . . 、 X n X_1、X_2、...、X_n X1X2...Xn服从正态分布, X i ∼ N ( μ i , σ i 2 ) X_i\sim N(\mu_i,\sigma_i^2) XiN(μi,σi2),那么 Z = ∑ a i X i Z=\sum a_iX_i Z=aiXi服从什么分布呢?
通过a节、b节内容,不难得出随机变量 Z Z Z服从正态分布,且 Z ∼ N ( ∑ a i μ i , ∑ a i 2 σ i 2 ) Z\sim N(\sum a_i\mu_i,\sum a_i^2\sigma_i^2) ZN(aiμi,ai2σi2)

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配置SSH免密登陆

配置SSH免密登陆 1.生成公私密钥对1)检查是否已存在公私钥对2)生成公私钥对 2.上传公钥到服务器3.ssh-add(mac的坑点)4.使用配置文件连接 博主是MAC用户,文章参考知乎 1.生成公私密钥对 1)检查是否已存在…

Redis高性能设计之epoll和IO多路复用深度解析

一 多路复用 并发多客户端连接, 在多路复用之前最简单和典型的方案:同步阻塞网络IO模型 这种模型的特点就是用一个进程来处理一个网络连接(一个用户请求),比如一段典型的示例代码如下: //直接调用recv函数…

【Java】JAVASE面向对象知识点总结

面向对象 概念 现实生活: ​ 类:抽象的概念,把具有相同特征和操作的事物归为一类 ​ 先有实体,再有类的概念 代码世界: ​ 类:抽象的概念,把具有相同属性和方法的对象归为一类 ​ 编写顺序&…

epoll的LT与ET模式以及阻塞和非阻塞

文章目录 1、基本概念2、关于在socket和EPOLL中的阻塞与非阻塞3、几种IO模型的触发方式4、代码验证5、总结 1、基本概念 Level_triggered(水平触发):当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时,epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据一次…

Flask-蓝图

1、使用步骤&#xff1a; 创建蓝图 blue Blueprint("myblue01", __name__) 使用蓝图装饰视图函数 blue.route(/) def index():return index 将蓝图注册到app中 from appdemo_blueprint import blue app.register_blueprint(blue) 2、以包的形式使用蓝图 <…

Java007——Java注释学习

围绕以下3点介绍&#xff1a; 1、什么是Java注释&#xff1f; 2、Java注释的作用&#xff1f; 3、Java注释长什么样&#xff0c;以及怎么使用Java注释&#xff1f; 一、什么是Java注释&#xff1f; Java注释是在Java程序中用来描述代码的特殊语句。 注释被忽略并且不被编译器…

PyTorch 深度学习 || 专题六:PyTorch 数据的准备

PyTorch 数据的准备 1. 生成数据的准备工作 import torch import torch.utils.data as Data#准备建模数据 x torch.unsqueeze(torch.linspace(-1, 1, 500), dim1) # 生成列向量 y x.pow(3) # yx^3#设置超参数 batch_size 15 # 分块大小 torch.manual_seed(10) # 设置种子点…

javascript基础三十:JavaScript如何实现上拉加载,下拉刷新?

一、前言 下拉刷新和上拉加载这两种交互方式通常出现在移动端中 本质上等同于PC网页中的分页&#xff0c;只是交互形式不同 开源社区也有很多优秀的解决方案&#xff0c;如iscroll、better-scroll、pulltorefresh.js库等等 这些第三方库使用起来非常便捷 我们通过原生的方…

哈工大 大数据 数据库实验(3) 物理数据库设计--索引结构

指导书: HIT邹老师数据库实验三资源-CSDN文库 导入数据库 操作 两个元组的分布规律 1.查询元组的数据分布 SELECT COUNT(*) FROM Foo; SELECT COUNT(*) FROM Foo WHERE id 0; SELECT COUNT(*) FROM Foo WHERE a 0; SELECT COUNT(*) FROM Foo WHERE b 0; SELECT COUNT(*…

c++ 解析html与htmlcxx库

目录 1&#xff0c;htmlcxx Github 版本源码下载 2&#xff0c;htmlcxx Linux 版本源码下载 3&#xff0c;htmlcxx 解析例子 1&#xff0c;htmlcxx Github 版本源码下载 正如在前一篇文章 c CFile 类 里提到的&#xff0c;我想要从指定的 html 文件里提取…

【裸机开发】镜像文件内部信息构成

由于当前使用的是裸板&#xff0c;没有OS&#xff0c;DDR的初始化、文件保存地址都尚未确定&#xff0c;所以我们生成二进制文件以后&#xff0c;是无法直接放到开发板上运行的。 因此&#xff0c;我们一般会在二进制文件之前加一些头部信息&#xff0c;这些头部信息会告诉开发…

xsync集群分发脚本

脚本&#xff1a; #!/bin/bash #1. 判断参数个数 if [ $# -lt 1 ] thenecho Not Enough Arguement!exit; fi #2. 遍历集群所有机器 for host in hadoop02 hadoop03 doecho $host #3. 遍历所有目录&#xff0c;挨个发送for file in $do#4. 判断文件是否存在if [ -e $file ]th…

文本三剑客awk:命令讲解

awk-命令讲解&#xff1a; 一、awk&#xff1a; 1.定义&#xff1a; &#xff08;1&#xff09;在 Linux/UNIX 系统中&#xff0c;awk 是一个功能强大的编辑工具&#xff0c;逐行读取输入文本&#xff0c;默认以空格或tab键作为分隔符作为分隔。并按模式或者条件执行编辑命令…

006-从零搭建微服务-注册中心(二)

写在最前 如果这个项目让你有所收获&#xff0c;记得 Star 关注哦&#xff0c;这对我是非常不错的鼓励与支持。 源码地址&#xff1a;https://gitee.com/csps/mingyue 文档地址&#xff1a;https://gitee.com/csps/mingyue/wikis 核心依赖 需要注册配置中心的服务引入下面 …

步进电机基本原理及驱动方式详解

步进电机基本原理及驱动方式详解 步进电机相关概念基本原理类型和结构转子结构定子结构 励磁方式ATD9800 驱动使用实例 参考文献 步进电机相关概念 步进电机是一种常用于控制和定位应用的电动机&#xff0c;其独特的工作方式使其在许多领域中都具有广泛的应用。步进电机以其 精…

正态总体下常见的抽样分布

1.正态总体下常见的抽样分布 本人博客&#xff1a;总体分布、样本分布、抽样分布的区别 本人博客&#xff1a;三大抽样分布 正态总体下常见的抽样分布意思是&#xff1a;样本来自服从正态分布的总体中&#xff0c;从样本中抽样后得到的分布 1.1 单个正态总体下的抽样分布&…

【高危】GitLab CE/EE 存在存储型XSS漏洞

漏洞描述 GitLab 是一款基于Git的代码托管、版本控制、协作开发平台。 在 GitLab CE/EE 15.11 至 15.11.6 版本以及 16.0 至 16.0.1 版本中&#xff0c;当GitLab导入GitHub仓库时&#xff0c;如果GitHub仓库中包含由用户构造的恶意JavaScript代码的标签颜色&#xff0c;解析这…

为什么说程序员和产品经理一定要学一学PMP

要回答为什么说程序员和产品经理一定要学一学PMP&#xff1f;我们得先看一下PMP包含的学习内容。PMP新版考纲备考参考资料绝大多数涉及IT项目的敏捷管理理念。主要来源于PMI推荐的10本参考书&#xff1a; 《敏捷实践指南&#xff08;Agile Practice Guide&#xff09;》 《项目…