1. 引言
正态分布在概率论与数理统计中起着举足轻重的作用,也是最为重要的教学内容之一,具体可查阅文献[1]-[5]。设随机变量
,其密度函数与分布函数分别记为
,
。若随机变量
,其密度函数与分布函数分别记为
。本文研究随机变量函数中包含
的数学期望,给出了几个定理的证明,证明方法上具有较好的借鉴作用。
2. 随机变量函数中包含
的数学期望
引理1:记
的函数
,
,
以及
,则
证明:(1) 易见
则
(2) 易见
(3) 易见
(4) 易见
则
定理1:设随机变量
,则(1)
;(2)
; (3)
;(4)
;(5)
证明:(1) 由于
,则
,并由引理1可知:
(2)
(3)
(4)
(5)
引理2:记
的函数
,则
(1) 若
为偶数,
;
(2) 若
为奇数,
证明:(1)若
为偶数,
(2) 若
为奇数,
易见
由于
是奇数,记
,考虑不定积分:
由此
进而
注:记
的函数
,类似于引理的证明有:
由引理2易见如下定理2:
定理2:(1) 若
为偶数,
;(2) 若
为奇数,
(3)
特别地,当
时,
,
,
当
时,
当
时,
,
,
当
时,
当
时,
,
,
定理3:设随机变量
,则
证明:
考虑如下问题:若
,且
相互独立,求
由于
,
,则
将
视作二维正态分布,然后求
易见
则
另证:
考虑如下问题:若
,且
相互独立
将
视作二维正态分布,则
又易见
则
定理4:设随机变量
,
则
注2:若将定理3改为:若随机变量
,
,则
考虑如下问题:若
,且
相互独立
将
视作二维正态分布,则
又易见
则
定理5:设随机变量
,则
证明:易见
考虑如下问题:若
,且
相互独立,则
则
另证:由引理1知:
注:定理3~5中引入随机变量
也是求解这类题目的常用方法。
引理3:设
,
为正整数,(1) 若
为奇数,则
;(2) 若
为偶数,
为正整数,则
证明:易见,若
为奇数,
若
为偶数,即
,则
若记函数
,于是
特别地,若
,则
,
,
,
,
,
定理6:设随机变量
,
是正整数,则
证明:记函数
由引理3易见:

则
进而
定理7:设随机变量
,
是正整数,则
证明:
则
致 谢
作者非常感谢各位审稿专家提出的宝贵建议!
基金项目
(1) 上海对外经贸大学“应用统计学”国家一流专业建设项目资助;(2) 上海对外经贸大学“高水平地方高校建设项目–创新人才培养–特定领域急需人才精准培养教学资源建设–AI赋能教学‘1 + 1 + N’计划–商务统计”(A1A-7003-25-058-02)资助。