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高数往事(1) 正太分布的均值方差计算

来源:世旅网

为什么正态分布的均值方差是μ和σ

证明思路1

均值的推导:

方差的推导:

这之后,通过分部积分法和利用高斯积分,可以求得积分的值为1(所以方差为 σ 2 \sigma ^2 σ2),证明过程略,可手算几分钟试试。

均值的证明思路2

另一个思路可参考,将指数积分转为error function,再求解。

另外,证明过程用到了积分基本定式 e x d x = d ( e x ) e^xdx=d(e^x) exdx=d(ex),后者的证明参考,一种证明利用了" e x e^x ex的导数是本身"的事实,另一种利用了麦克劳林展开。

而如何证明" e x e^x ex的导数是本身"?看另一个博客。

关于麦克劳林公式,可参考。

为什么标准正态分布的均值方差是0和1?

参考里Assistant的答案。其中:

整个证明的存疑点在于需要利用一个已知事实,即如下公式:

追加证明1 求值 ∫ − ∞ ∞ x 2 e − x 2 2 d x \int_{-\infty}^{\infty} x^{2} e^{-\frac{x^{2}}{2}} dx x2e2x2dx

如何证明该公式的值:
∫ − ∞ ∞ x 2 e − x 2 2 d x = 1 \int_{-\infty}^{\infty} x^{2} e^{-\frac{x^{2}}{2}} dx=1 x2e2x2dx=1

需要用分部积分法,以及奇函数的特性,化到最后得到 ∫ − ∞ ∞ e − x 2 2 d x \int_{-\infty}^{\infty} e^{-\frac{x^{2}}{2}} dx e2x2dx, 而这个公式经过整理,最终可以与有联系建立联系,公式如下:

而当有 z → + ∞ z \to +\infty z+时,误差函数又与高斯积分有联系。

追加证明2 分部积分法

什么是分部积分法?参考,其证明是从函数 ( u v ) ′ = u v ′ + v u ′ (uv)'=uv'+vu' (uv)=uv+vu出发,从而证明的。

∫ u d v ∫ u d v udv求起来比较困难,但 u v u v uv ∫ v d u ∫ v d u vdu比较好求时,可以用分部积分法来求解。

追加证明3 关于高斯积分的值

参考。

如何证明e^x的微分是它本身

参考

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