数学

03 随机变量的可加性

若两个服从该分布的独立随机变量相加后,仍然服从同一类型的分布,且参数可以对应相加,则称该分布具有可加性(又称再生性)。

若随机变量 X, Y 独立,且服从分布 D(a), D(b),而 X + Y 服从分布 D(a + b),借用卷积符号,分布 D 的可加性简记为

D(a) * D(b) = D(a + b).

特征函数

独立随机变量的加法等价于其特征函数的乘法,因此可以用特征函数轻易验证可加性。

可加的条件

设 \theta 为分布的参数,若分布的特征函数可以表示为如下函数:

f(t; \theta) = C(t) [a(t)]^\theta,

则分布具有可加性。

如果某双参数密度函数族

\{ p(x; a, b): a \in D_1, b \in D_2 \}

具有可加性,这要求它们的 Fourier 变换满足:

\hat{p}(t; a_1, b_1) \cdot \hat{p}(t; a_2, b_2) = \hat{p}(t; a_1 + a_2, b_1 + b_2).

可加性分布

具有可加性的分布例如:

  • 二项分布:b(m, p) * b(n, p) = b(m + n, p)
  • 正态分布:N(\mu_1, \sigma_1^2) * N(\mu_2, \sigma_2^2) = N(\mu_1 + \mu_2, \sigma_1^2 + \sigma_2^2) (双参数可加)
  • Gamma 分布:\Gamma(m, \lambda) * \Gamma(n, \lambda) = \Gamma(m + n, \lambda)
  • \chi^2 分布:\chi^2(m) * \chi^2(n) = \chi^2(m + n)
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