Утверждение верно тогда и только тогда, когда правая часть действует как плотность для ; это,X+Y
FX+Y(a)=P(X+Y≤a)=∫a−∞fX+Y(z)dz=∫a−∞(∫fX(x)fY(z−x)dx)dz
для всех . Давайте проверим это, начав с правой стороны.a
Примените теорему Фубини, чтобы изменить порядок интегрирования и сделать подстановку . Определитель его якобиана равен , поэтому никакие дополнительные члены не вводятся при этой замене переменных. Обратите внимание, что, поскольку и находятся в взаимно-однозначном соответствии и тогда и только тогда, когда , мы можем переписать интеграл какz=x+y1zy−∞<z≤a−∞<y<a−x
=∫(∫a−x−∞fX(x)fY(y)dy)dx.
По определению это интеграл по изR2
=∬I(x+y≤a)fX(x)fY(y)dydx
где - индикаторная функция множества. Наконец, поскольку и независимы, для всех , раскрывая интеграл как просто ожиданиеIXYf(X,Y)(x,y)=fX(x)fY(y)(x,y)
=∬I(x+y≤a)f(X,Y)(x,y)dydx=E(I(X+Y≤a))=P(X+Y≤a),
по желанию.
В более общем смысле, даже если один или оба из или не имеют функции распределения, мы все равно можем получитьXY
FX+Y(a)=EX(FY(a−X))=EY(FX(a−Y))
непосредственно из базовых определений, используя ожидание индикаторов для перехода между вероятностями и ожиданиями и используя допущение независимости, чтобы разбить расчет на отдельные ожидания в отношении и :XY
P(X+Y≤a)=E(I(X+Y≤a))=EX(EY(I(X+Y≤a))=EX(PY(Y≤a−X))=EX(FY(a−X)).
Это включает в себя обычные формулы для дискретных случайных величин, например, хотя и в несколько иной форме, чем обычно (потому что это указано в терминах CDF, а не функций массовой вероятности).
Если у вас есть достаточно сильная теорема об обмене производными и интегралами, вы можете дифференцировать обе стороны относительно чтобы получить плотность за один ход,afX+Y
fX+Y(a)=ddaFX+Y(a)=EX(ddaFY(a−X))=EX(fY(a−X))=∫fX(x)fY(a−x)dx.