第2講 確率分布

正規分布

XN(μ,σ)
f(x)=12πσ2exp[(xμ)22σ2]    (<x<)
E[X]=μ
V[X]=σ2
MX(t)=exp[μt+σ22t2]
E[(Xμ)k]={0k=2m+1  (m=1,2,)(k1)!!σkk=2m  (m=1,2,)={0k=2m+1  (m=1,2,)(2m)!2mm!(σ2)mk=2m  (m=1,2,)={0k=2m+1  (m=1,2,)Γ(m+12)Γ(12)2m(σ2)mk=2m  (m=1,2,)

再生性

XN(μX, σX), YN(μY, σY)のときは,

MX+Y(t)=exp[(μX+μY)t+σX2+σY22t2]
よって,
X+YN(μX+μY,σX2+σY2)

補足1: E[X] の計算

fX(x)=12πσ2exp[(xμ)22σ2]
ここで,
y=xμσ
とおくと,x=σy+μ, dxdy=σ であるから,
fY(y)=fX(σy+μ)σ=12πσ2exp[y22]σ=12πexp[y22]
E[Y]=y12πexp[y22]dy=12πyexp[y22]dy=12π[ey22]=0
よって,
E[X]=E[σY+μ]=σE[Y]+μ=μ

補足2: V[X] の計算

E[Y2]=y212πexp[y22]dy=12πyyexp[y22]dy=12π{[yey22]+ey22dy}=12π{0+2π}=1
V[Y]=E[Y2](E[Y])2=10=1
よって,
V[X]=V[σY+μ]=σ2V[Y]=σ2

補足3: MX(t) の計算

MX(t)=etx12πe12x2dx=12πe12x2+txdx=12πe12(x22tx+t2t2)dx=e12t212πe12(x22tx+t2)dx=e12t212πe12(xt)2dx=e12t2

補足4: 二重階乗

kN のとき,

k!!={2mm!k=2m  (m=1,2,)(2m)!2mm!k=2m1  (m=1,2,)