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)22σ2 f ( x ; μ , σ ) = 1 2 π σ e − ( x − μ ) 2 2 σ 2
f(μ;μ,σ)=12πσ,f(μ±σ;μ,σ)=12πσe12 f ( μ ; μ , σ ) = 1 2 π σ , f ( μ ± σ ; μ , σ ) = 1 2 π σ e − 1 2
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 ) = 1 2 π σ e − ( x − μ ) 2 2 σ 2 [ − 2 ( x − μ ) 2 σ 2 ] = − x − μ σ 2 f ( x ; μ , σ )
μf(x;μ,σ)=12πσe(xμ)22σ2[12σ2]2(μx)=f(x;μ,σ)xμσ2 ∂ ∂ μ f ( x ; μ , σ ) = 1 2 π σ e − ( x − μ ) 2 2 σ 2 [ − 1 2 σ 2 ] 2 ( μ − x ) = f ( x ; μ , σ ) x − μ σ 2
σf(x;μ,σ)=12π(1σ2)e(xμ)22σ2+1σe(xμ)22σ2[(xμ)22](2)1σ3 ∂ ∂ σ f ( x ; μ , σ ) = 1 2 π { ( − 1 σ 2 ) e − ( x − μ ) 2 2 σ 2 + 1 σ e − ( x − μ ) 2 2 σ 2 [ − ( x − μ ) 2 2 ] ( − 2 ) 1 σ 3 }
=f(x;μ,σ)[1σ+(xμ)2σ3] = f ( x ; μ , σ ) [ − 1 σ + ( x − μ ) 2 σ 3 ]
=f(x;μ,σ)1σ3[(xμ)2σ2] = f ( x ; μ , σ ) 1 σ 3 [ ( x − μ ) 2 − σ 2 ]

ϕ(x)=12πex22 ϕ ( x ) = 1 2 π e − x 2 2
f(x;μ,σ)=1σϕ(xμσ) f ( x ; μ , σ ) = 1 σ ϕ ( x − μ σ )
ϕ(x)=xϕ(x) ϕ ′ ( x ) = − x ϕ ( x )
f′′(x;μ,σ)=1σ2[f(x;μ,σ)+(xμ)f(x;μ,σ)] f ″ ( x ; μ , σ ) = − 1 σ 2 [ f ( x ; μ , σ ) + ( x − μ ) f ′ ( x ; μ , σ ) ]
=1σ2[f(x;μ,σ)(xμ)xμσ2f(x;μ,σ)] = − 1 σ 2 [ f ( x ; μ , σ ) − ( x − μ ) x − μ σ 2 f ( x ; μ , σ ) ]
=1σ2f(x;μ,σ)[(xμ)2σ21] = 1 σ 2 f ( x ; μ , σ ) [ ( x − μ ) 2 σ 2 − 1 ]
=1σ4f(x;μ,σ)[(xμ)2σ2] = 1 σ 4 f ( x ; μ , σ ) [ ( x − μ ) 2 − σ 2 ]
ϕ′′(x)=ϕ(x)(x21) ϕ ″ ( x ) = ϕ ( x ) ( x 2 − 1 )
Φ(x)=xϕ(t)dt Φ ( x ) = ∫ − ∞ x ϕ ( t ) d ⁡ t
baf(x;μ,σ)dx=ba1σϕ(xμσ)dx ∫ a b f ( x ; μ , σ ) d ⁡ x = ∫ a b 1 σ ϕ ( x − μ σ ) d ⁡ x
=baϕ(xμσ)dxμσ=Φ(bμσ)Φ(aμσ) = ∫ a b ϕ ( x − μ σ ) d ⁡ x − μ σ = Φ ( b − μ σ ) − Φ ( a − μ σ )
F(x;μ,σ)=xf(t;μ,σ)dt=Φ(xμσ) F ( x ; μ , σ ) = ∫ − ∞ x f ( t ; μ , σ ) d ⁡ t = Φ ( x − μ σ )

[Φ(+)]2=+12πex22dx2 [ Φ ( + ∞ ) ] 2 = [ ∫ − ∞ + ∞ 1 2 π e − x 2 2 d ⁡ x ] 2
=++12πex2+y22dxdy = ∫ − ∞ + ∞ ∫ − ∞ + ∞ 1 2 π e − x 2 + y 2 2 d ⁡ x d ⁡ y
=2π0dθ+012πer22rdr=1 = ∫ 0 2 π d ⁡ θ ∫ 0 + ∞ 1 2 π e − r 2 2 r d ⁡ r = 1
Φ(+)=1 ⇒ Φ ( + ∞ ) = 1
Φ()=limaΦ(a)=Φ(0)lima0aϕ(x)dx=Φ(0)Φ(0)=0 Φ ( − ∞ ) = lim a → − ∞ Φ ( a ) = Φ ( 0 ) − lim a → − ∞ ∫ a 0 ϕ ( x ) d ⁡ x = Φ ( 0 ) − Φ ( 0 ) = 0
Φ(x)=xϕ(t)dt Φ ( − x ) = ∫ − ∞ − x ϕ ( t ) d ⁡ t
=x+ϕ(t)dt = − ∫ + ∞ x ϕ ( − 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)=12 Φ ( 0 ) = 1 2
E(X)=+xf(x;μ,σ)dx=+(xμ)f(x;μ,σ)dx+μ=μ E ( X ) = ∫ − ∞ + ∞ x f ( x ; μ , σ ) d ⁡ x = ∫ − ∞ + ∞ ( x − μ ) f ( x ; μ , σ ) d ⁡ x + μ = μ
Var(X)=E(XEX)2 Var ⁡ ( X ) = E ( X − E X ) 2
=+(xμ)2f(x;μ,σ)dx = ∫ − ∞ + ∞ ( x − μ ) 2 f ( x ; μ , σ ) d ⁡ x
=+(xμ)21σϕ(xμσ)dx = ∫ − ∞ + ∞ ( x − μ ) 2 1 σ ϕ ( x − μ σ ) d ⁡ x
=σ2+x2ϕ(x)dx = σ 2 ∫ − ∞ + ∞ x 2 ϕ ( x ) d ⁡ x
=σ2 = σ 2
其中 +x2ϕ(x)dx=+x212πex22dx ∫ − ∞ + ∞ x 2 ϕ ( x ) d ⁡ x = ∫ − ∞ + ∞ x 2 1 2 π e − x 2 2 d ⁡ x
=12πxex22++ex22dx=1 = − 1 2 π [ x e − x 2 2 | − ∞ + ∞ − ∫ − ∞ + ∞ e − x 2 2 d ⁡ 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 ( z a ) = a , 1 − Φ ( z 1 − a ) = 1 − a , Φ ( z a ) = 1 − a , Φ ( z 1 − a ) = a , Φ ( − z a ) = a , Φ ( − z 1 − a ) = 1 − a ,
z1a=za,0a1 z 1 − a = − z a , 0 ≤ a ≤ 1
z12=0 z 1 2 = 0
z0=+ z 0 = + ∞
z1= z 1 = − ∞
z1a=za,0a1 z 1 − a = − z a , 0 ≤ a ≤ 1

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