確率変数の標準化
期待値(平均)が\(\mu\), 分散が\(\sigma^2\)の確率変数\(X\)
$$
\begin{eqnarray}
\mathrm{E}\left[X\right]&=&\mu
\\\mathrm{V}\left[X\right]&=&\sigma^2
\end{eqnarray}
$$
確率変数の変換\(Z=\frac{X-\mu}{\sigma}\)
$$
\begin{eqnarray}
\\Z&=&\frac{X-\mu}{\sigma}
\end{eqnarray}
$$
変換後の確率変数\(Z\)の期待値(平均)と分散
$$
\begin{eqnarray}
\\\mathrm{E}\left[Z\right]&=&\mathrm{E}\left[\frac{X-\mu}{\sigma}\right]
\\&=&\frac{1}{\sigma}\mathrm{E}\left[X-\mu\right]
\;\cdots\;\href{https://shikitenkai.blogspot.com/2019/06/discrete-random-variable-expected-value.html}{\mathrm{E}\left[cX\right]=c\mathrm{E}\left[X\right]}
\\&=&\frac{1}{\sigma}\left(\mathrm{E}\left[X\right]-\mu\right)
\;\cdots\;\href{https://shikitenkai.blogspot.com/2019/06/discrete-random-variable-expected-value.html}{\mathrm{E}\left[X\pm t\right]=\mathrm{E}\left[X\right] \pm t}
\\&=&\frac{1}{\sigma}\left(\mu-\mu\right)
\;\cdots\;\mathrm{E}\left[X\right]=\mu
\\&=&\frac{1}{\sigma}\left(0\right)
\\&=&0
\\\mathrm{V}\left[Z\right]&=&\mathrm{V}\left[\frac{X-\mu}{\sigma}\right]
\\&=&\frac{1}{\sigma^2}\mathrm{V}\left[X-\mu\right]
\;\cdots\;\href{https://shikitenkai.blogspot.com/2019/06/discrete-random-variable-variance.html}{\mathrm{V}\left[cX\right]=c^2\mathrm{V}\left[X\right]}
\\&=&\frac{1}{\sigma^2}\mathrm{V}\left[X\right]
\;\cdots\;\href{https://shikitenkai.blogspot.com/2019/06/discrete-random-variable-variance.html}{\mathrm{V}\left[X\pm t\right]=\mathrm{V}\left[X\right]}
\\&=&\frac{1}{\sigma^2}\sigma^2
\;\cdots\;\mathrm{V}\left[X\right]=\sigma^2
\\&=&1
\end{eqnarray}
$$
\(X\)の分布によらず,\(X\)の期待値(平均)と分散が\(\mu\)と\(\sigma^2\)であることから\(Z\)の期待値(平均)と分散が\(0\), \(1\)と標準化される.
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