DamiRocK

Модуль нормальной величины: полунормальное распределение и среднее

Плотность, функция распределения и математическое ожидание |X| для X∼N(0,σ²). Два прообраза и проверка второго момента.

Модуль отражает отрицательную половину симметричного распределения на положительную. Вероятностная масса не исчезает, а плотность на положительной полуоси удваивается.

Научная визуализация Сворачивание нормальной плотности по модулю
если X~N(0,σ²), f_|X|(y)=√2/(σ√π)e^(−y²/(2σ²)), y≥0
Модуль складывает левую и правую половины симметричной нормальной плотности на положительной полуоси.

Условие

X имеет нормальное распределение N(0, σ²), где σ > 0. Найдите E(|X|) и плотность A = |X|. В источнике указана связь плотностей; ниже дополнены функция распределения и вычисление среднего.

Функция распределения

Для t ≥ 0 событие A ≤ t означает −t ≤ X ≤ t. Если Φ — функция распределения стандартной нормальной величины, то:

FA(t) = Φ(t/σ) − Φ(−t/σ) = 2Φ(t/σ) − 1.

При t < 0 функция равна 0. Равенство Φ(−z) = 1 − Φ(z) используется благодаря симметрии нормального распределения относительно нуля.

Плотность модуля

Для каждого t > 0 модуль t получается из X = t и X = −t. Эти два вклада складываются:

fA(t) = 2fX(t) = [√(2/π)/σ] exp[−t²/(2σ²)], t > 0.

Слева от нуля плотность нулевая. Нормировка следует из того, что положительная половина исходной симметричной плотности имеет интеграл 1/2.

Математическое ожидание

Интегрируем t с новой плотностью. Подстановка u = t²/(2σ²), t dt = σ² du даёт:

E(A) = [√(2/π)/σ]∫₀ t e−t²/(2σ²)dt = σ√(2/π).

При σ = 1 среднее модуля примерно 0,797885. Оно положительно, хотя E(X) = 0: положительные и отрицательные значения больше не компенсируют друг друга.

Проверка вторым моментом

Редакционное дополнение: A² = X², поэтому E(A²) = σ². Следовательно, Var(A) = σ²(1 − 2/π).

У A нет атома в нуле: событие A = 0 эквивалентно X = 0 и имеет вероятность 0. Это отличает модуль от положительной части max(X, 0), которая переносит всю отрицательную половину распределения в одну точку.

Модуль равномерной величины · Математика.

Б. Демешев и участники · probability_pro, 18.4 · CC BY 4.0. Адаптация; среднее и проверки дополнены.

Reading preferences

Appearance
Contrast
More options

Saved only in this browser. Your device’s reduced-motion setting is always respected. Browser zoom works throughout the site.