The probability density function (PDF) for a normal X ∼ ( μ , σ 2 ) X\sim (\mu, \sigma^2 ) X ∼ ( μ , σ 2 ) is:
f X ( x ) = 1 σ 2 π e − 1 2 ( x − μ σ ) 2 f_X(x)=\dfrac{1}{\sigma \sqrt{2\pi }}e^{-\frac{1}{2}(\frac{x-\mu}{\sigma})^2} f X ( x ) = σ 2 π 1 e − 2 1 ( σ x − μ ) 2
For normal distribution with mean zero and variance σ2
f X ( x ) = 1 σ 2 π e − 1 2 ( x σ ) 2 f_X(x)=\dfrac{1}{\sigma \sqrt{2\pi }}e^{-\frac{1}{2}(\frac{x}{\sigma})^2} f X ( x ) = σ 2 π 1 e − 2 1 ( σ x ) 2
E ( ∣ X ∣ ) = ∫ − ∞ ∞ ∣ x ∣ f X ( x ) d x E(|X|)=\displaystyle\int_{-\infin}^{\infin}|x|f_X(x)dx E ( ∣ X ∣ ) = ∫ − ∞ ∞ ∣ x ∣ f X ( x ) d x
= 2 ∫ 0 ∞ x 1 σ 2 π e − 1 2 ( x σ ) 2 d x =2\displaystyle\int_{0}^{\infin}x\dfrac{1}{\sigma \sqrt{2\pi }}e^{-\frac{1}{2}(\frac{x}{\sigma})^2}dx = 2 ∫ 0 ∞ x σ 2 π 1 e − 2 1 ( σ x ) 2 d x Let z = x σ z=\dfrac{x}{\sigma} z = σ x
Then d x = σ d z dx=\sigma dz d x = σ d z
E ( ∣ X ∣ ) = ∫ − ∞ ∞ ∣ x ∣ f X ( x ) d x E(|X|)=\displaystyle\int_{-\infin}^{\infin}|x|f_X(x)dx E ( ∣ X ∣ ) = ∫ − ∞ ∞ ∣ x ∣ f X ( x ) d x
= 2 ∫ 0 ∞ x 1 σ 2 π e − 1 2 ( x σ ) 2 d x =2\displaystyle\int_{0}^{\infin}x\dfrac{1}{\sigma \sqrt{2\pi }}e^{-\frac{1}{2}(\frac{x}{\sigma})^2}dx = 2 ∫ 0 ∞ x σ 2 π 1 e − 2 1 ( σ x ) 2 d x
= ∫ 0 ∞ 2 σ 2 π z e − 1 2 z 2 d z =\displaystyle\int_{0}^{\infin}\dfrac{2\sigma}{ \sqrt{2\pi }}ze^{-\frac{1}{2}z^2}dz = ∫ 0 ∞ 2 π 2 σ z e − 2 1 z 2 d z
= − 2 σ 2 π [ e − 1 2 z 2 ] ∞ 0 = 2 π ⋅ σ =-\dfrac{2\sigma}{ \sqrt{2\pi }}\big[e^{-\frac{1}{2}z^2}\big]\begin{matrix}
\infin \\
0
\end{matrix}=\sqrt{\dfrac{2}{\pi}}\cdot\sigma = − 2 π 2 σ [ e − 2 1 z 2 ] ∞ 0 = π 2 ⋅ σ
E ( ∣ X ∣ ) = 2 π ⋅ σ E(|X|)=\sqrt{\dfrac{2}{\pi}}\cdot\sigma E ( ∣ X ∣ ) = π 2 ⋅ σ
Comments