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正態比率分佈


GaussianRatioDistribution

獨立正態分佈且均值為零的變數的比率 X/Y 服從柯西分佈。原因如下。設 XY 均具有 均值 0,標準差分別為 sigma_xsigma_y,則聯合機率密度函式是 二元正態分佈,其中 rho=0,

 f(x,y)=1/(2pisigma_xsigma_y)e^(-[x^2/(2sigma_x^2)+y^2/(2sigma_y^2)]).
(1)

根據比率分佈U=X/Y 的分佈為

P(u)=int_(-infty)^infty|y|f(uy,y)dy
(2)
=1/(2pisigma_xsigma_y)int_(-infty)^infty|y|e^(-[y^2/(2sigma_y^2)+u^2y^2/(2sigma_x^2)])dy
(3)
=1/(pisigma_xsigma_y)int_0^inftyyexp[-y^2(1/(2sigma_y^2)+(u^2)/(2sigma_x^2))]dy.
(4)

但是

 int_0^inftyye^(-ay^2)dy=1/(2a),
(5)

所以

P(u)=1/(pisigma_xsigma_y)1/(2(1/(2sigma_y^2)+(u^2)/(2sigma_x^2)))
(6)
=1/pi(sigma_xsigma_y)/(u^2sigma_y^2+sigma_x^2)
(7)
=1/pi((sigma_x)/(sigma_y))/(u^2+((sigma_x)/(sigma_y))^2),
(8)

這是一個柯西分佈

更直接的推導來自以下積分

P_(X/Y)(u)=int_(-infty)^inftyint_(-infty)^infty(e^(-x^2/(2sigma_x^2)))/(sigma_xsqrt(2pi))(e^(-y^2/(2sigma_y^2)))/(sigma_ysqrt(2pi))delta(x/y-u)dxdy
(9)
=1/pi((sigma_x)/(sigma_y))/(u^2+((sigma_x)/(sigma_y))^2),
(10)

其中 delta(x) 是一個 delta 函式


另請參閱

柯西分佈, 正態差分佈, 正態分佈, 正態積分佈, 正態和分佈

使用 探索

請引用為

韋斯坦, 埃裡克·W. "正態比率分佈。" 來自 -- 資源。 https://mathworld.tw/NormalRatioDistribution.html

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