高斯分布概率密度函式積分推導

2022-06-19 09:42:07 字數 1223 閱讀 2214

高斯分布:

$f(x) = \frac\sigma }exp(-\frac}})$

標準高斯分布:

$f(x) = \frac }exp(-\frac})$

乙個高斯分布只需線性變換即可化為標準高斯分布,所以只需推導標準高斯分布概率密度的積分。由:

$\int_^\frac }exp(-\frac})dx = \int_^\frac }exp(-\frac})dy$

得: $\int_^\frac }exp(-\frac})dx\int_^\frac }exp(-\frac})dy = \frac\int_^\int_^exp(-\frac+y^)})dxdy$

變換為極座標得:

$x = rcos\theta , y = rsin\theta$

$\frac\int_^\int_^exp(-\frac+y^)})dxdy = \frac\int_^\int_^exp(-\frac})rdrd\theta$

$\frac\int_^\int_^exp(-\frac+y^)})dxdy = \int_^exp(-\frac})rdr$

令$t = \frac} $,得:

$\int_^exp(-\frac})rdr = \int_^exp(-t)dt = 1$

終得:$\int_^\frac }exp(-\frac})dx = \int_^\frac }exp(-\frac})dy = 1$

由於標準高斯分布概率密度函式$f(x)$滿足:

$\int_^f(x)dx = \int_^f(x-c)dx$

$\int_^f(x)dx = \frac\int_^f(\frac)dx$

所以任意高斯分布概率密度函式積分為1。

高斯分布的均值:

$ e(x) = \int_^\frac\sigma }exp(-\frac}})xdx  $

$= \int_^\frac\sigma }exp(-\frac}})(x-\mu)dx  + \mu\int_^\frac\sigma }exp(-\frac}})dx  $

由奇偶性得:

$ e(x) =  \mu\int_^\frac\sigma }exp(-\frac}})dx = \mu$

高斯分布的方差:

$var(x) = \int_^\frac\sigma }exp(-\frac}})(x-\mu)^dx$ 

$\int_^\frac\sigma }exp(-\frac}})y^dy = \sigma^ $

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