一元高斯分布

本文详细探讨了一元高斯分布的性质,包括概率密度函数、期望与方差,以及与标准正态分布的关系。通过解析公式展示了如何计算分布函数,并讨论了其对称性和标准化性质。

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f(x;μ,σ)=12πσe(xμ)22σ2f(x;μ,σ)=12πσe−(x−μ)22σ2
f(μ;μ,σ)=12πσ,f(μ±σ;μ,σ)=12πσe12f(μ;μ,σ)=12πσ,f(μ±σ;μ,σ)=12πσe−12
f(μ+x;μ,σ)=f(μx;μ,σ)f(μ+x;μ,σ)=f(μ−x;μ,σ)
f(x;μ,σ)=12πσe(xμ)22σ2[2(xμ)2σ2]=xμσ2f(x;μ,σ)f′(x;μ,σ)=12πσe−(x−μ)22σ2[−2(x−μ)2σ2]=−x−μσ2f(x;μ,σ)
μf(x;μ,σ)=12πσe(xμ)22σ2[12σ2]2(μx)=f(x;μ,σ)xμσ2∂∂μf(x;μ,σ)=12πσe−(x−μ)22σ2[−12σ2]2(μ−x)=f(x;μ,σ)x−μσ2
σf(x;μ,σ)=12π(1σ2)e(xμ)22σ2+1σe(xμ)22σ2[(xμ)22](2)1σ3∂∂σf(x;μ,σ)=12π{(−1σ2)e−(x−μ)22σ2+1σe−(x−μ)22σ2[−(x−μ)22](−2)1σ3}
=f(x;μ,σ)[1σ+(xμ)2σ3]=f(x;μ,σ)[−1σ+(x−μ)2σ3]
=f(x;μ,σ)1σ3[(xμ)2σ2]=f(x;μ,σ)1σ3[(x−μ)2−σ2]

ϕ(x)=12πex22ϕ(x)=12πe−x22
f(x;μ,σ)=1σϕ(xμσ)f(x;μ,σ)=1σϕ(x−μσ)
ϕ(x)=xϕ(x)ϕ′(x)=−xϕ(x)
f′′(x;μ,σ)=1σ2[f(x;μ,σ)+(xμ)f(x;μ,σ)]f″(x;μ,σ)=−1σ2[f(x;μ,σ)+(x−μ)f′(x;μ,σ)]
=1σ2[f(x;μ,σ)(xμ)xμσ2f(x;μ,σ)]=−1σ2[f(x;μ,σ)−(x−μ)x−μσ2f(x;μ,σ)]
=1σ2f(x;μ,σ)[(xμ)2σ21]=1σ2f(x;μ,σ)[(x−μ)2σ2−1]
=1σ4f(x;μ,σ)[(xμ)2σ2]=1σ4f(x;μ,σ)[(x−μ)2−σ2]
ϕ′′(x)=ϕ(x)(x21)ϕ″(x)=ϕ(x)(x2−1)
Φ(x)=xϕ(t)dtΦ(x)=∫−∞xϕ(t)d⁡t
baf(x;μ,σ)dx=ba1σϕ(xμσ)dx∫abf(x;μ,σ)d⁡x=∫ab1σϕ(x−μσ)d⁡x
=baϕ(xμσ)dxμσ=Φ(bμσ)Φ(aμσ)=∫abϕ(x−μσ)d⁡x−μσ=Φ(b−μσ)−Φ(a−μσ)
F(x;μ,σ)=xf(t;μ,σ)dt=Φ(xμσ)F(x;μ,σ)=∫−∞xf(t;μ,σ)d⁡t=Φ(x−μσ)

[Φ(+)]2=+12πex22dx2[Φ(+∞)]2=[∫−∞+∞12πe−x22d⁡x]2
=++12πex2+y22dxdy=∫−∞+∞∫−∞+∞12πe−x2+y22d⁡xd⁡y
=2π0dθ+012πer22rdr=1=∫02πd⁡θ∫0+∞12πe−r22rd⁡r=1
Φ(+)=1⇒Φ(+∞)=1
Φ()=limaΦ(a)=Φ(0)lima0aϕ(x)dx=Φ(0)Φ(0)=0Φ(−∞)=lima→−∞Φ(a)=Φ(0)−lima→−∞∫a0ϕ(x)d⁡x=Φ(0)−Φ(0)=0
Φ(x)=xϕ(t)dtΦ(−x)=∫−∞−xϕ(t)d⁡t
=x+ϕ(t)dt=−∫+∞xϕ(−t)d⁡t
=+xϕ(t)dt=∫x+∞ϕ(t)d⁡t
=1Φ(x)=1−Φ(x)
Φ(x)+Φ(x)=1⇒Φ(x)+Φ(−x)=1
Φ(0)=12Φ(0)=12
E(X)=+xf(x;μ,σ)dx=+(xμ)f(x;μ,σ)dx+μ=μE(X)=∫−∞+∞xf(x;μ,σ)d⁡x=∫−∞+∞(x−μ)f(x;μ,σ)d⁡x+μ=μ
Var(X)=E(XEX)2Var⁡(X)=E(X−EX)2
=+(xμ)2f(x;μ,σ)dx=∫−∞+∞(x−μ)2f(x;μ,σ)d⁡x
=+(xμ)21σϕ(xμσ)dx=∫−∞+∞(x−μ)21σϕ(x−μσ)d⁡x
=σ2+x2ϕ(x)dx=σ2∫−∞+∞x2ϕ(x)d⁡x
=σ2=σ2
其中 +x2ϕ(x)dx=+x212πex22dx∫−∞+∞x2ϕ(x)d⁡x=∫−∞+∞x212πe−x22d⁡x
=12πxex22++ex22dx=1=−12π[xe−x22|−∞+∞−∫−∞+∞e−x22d⁡x]=1

0a1,1Φ(za)=a,1Φ(z1a)=1a,Φ(za)=1a,Φ(z1a)=a,Φ(za)=a,Φ(z1a)=1a,∀0≤a≤1,{1−Φ(za)=a,1−Φ(z1−a)=1−a,Φ(za)=1−a,Φ(z1−a)=a,Φ(−za)=a,Φ(−z1−a)=1−a,
z1a=za,0a1z1−a=−za,0≤a≤1
z12=0z12=0
z0=+z0=+∞
z1=z1=−∞
z1a=za,0a1z1−a=−za,0≤a≤1

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