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千葉大学 理学研究科 基盤理学専攻 数学・情報数理学コース 2016年8月実施 専門 A4

Author​

祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)

Description​

正規分布 N(μ,σ2)N(\mu,\sigma^2) の密度は (2πσ2)−1/2exp⁡(−(x−μ)2/(2σ2))(2\pi\sigma^2)^{-1/2}\exp(-(x-\mu)^2/(2\sigma^2)) である。

(1) X∼N(μ,σ2)X\sim N(\mu,\sigma^2) のとき (X−μ)/σ(X-\mu)/\sigma が標準正規分布に従うことを示せ。

(2) 独立な Xi∼N(μi,σi2)X_i\sim N(\mu_i,\sigma_i^2) と実数 a1,a2a_1,a_2 に対して Y=a1X1+a2X2Y=a_1X_1+a_2X_2 の分布を求めよ。

(3) X1,…,XnX_1,\ldots,X_n が独立に N(μ,σ2)N(\mu,\sigma^2) に従うとき、W=n−1∑kXkW=n^{-1}\sum_kX_k の分布を求めよ。

题目描述​

(1) 若 X∼N(μ,σ2)X\sim N(\mu,\sigma^2),用密度变换证明 (X−μ)/σ(X-\mu)/\sigma 服从标准正态分布。

(2) 若独立随机变量 Xi∼N(μi,σi2)X_i\sim N(\mu_i,\sigma_i^2),求实线性组合 a1X1+a2X2a_1X_1+a_2X_2 的分布。

(3) 求独立同分布正态样本均值 W=n−1∑kXkW=n^{-1}\sum_kX_k 的分布。

Kai​

(1)​

x=μ+σzx=\mu+\sigma z の変数変換により

fZ(z)=σ12πσ2exp⁡(−σ2z22σ2)=12πe−z2/2.f_Z(z)=\sigma\frac1{\sqrt{2\pi\sigma^2}} \exp\left(-\frac{\sigma^2z^2}{2\sigma^2}\right) =\frac1{\sqrt{2\pi}}e^{-z^2/2}.

従って Z∼N(0,1)Z\sim N(0,1)。

(2)​

正規分布の特性関数は E(eitXi)=exp⁡(iμit−σi2t2/2)E(e^{itX_i})=\exp(i\mu_it-\sigma_i^2t^2/2)。独立性より

E(eitY)=∏i=12E(eitaiXi)=exp⁡(it(a1μ1+a2μ2)−t22(a12σ12+a22σ22)).E(e^{itY})=\prod_{i=1}^2E(e^{ita_iX_i}) =\exp\left(it(a_1\mu_1+a_2\mu_2)-\frac{t^2}2(a_1^2\sigma_1^2+a_2^2\sigma_2^2)\right).

従って

Y∼N(a1μ1+a2μ2, a12σ12+a22σ22).Y\sim N(a_1\mu_1+a_2\mu_2,\ a_1^2\sigma_1^2+a_2^2\sigma_2^2).

a1=a2=0a_1=a_2=0 の場合は Y=0Y=0 の点質量である。

(3)​

(2) を反復適用して

W∼N(μ,σ2n).W\sim N\left(\mu,\frac{\sigma^2}{n}\right).