A continuous random variable X is said to have a Normal Distribution if its PDF is:
f X ( x ) = 1 σ 2 π e − 1 2 ( x − μ σ ) 2 , x ∈ R f_X(x)=\frac{1}{σ \sqrt{2π}}e^{−\frac{1}{2}(\frac{x−μ}{σ})^2},x∈R\\ f X ( x ) = σ 2 π 1 e − 2 1 ( σ x − μ ) 2 , x ∈ R
So if X∼N(μ,σ2 ) then it’s MGF is:
M x ( t ) = E ( e t x ) = ∫ − ∞ ∞ e t x 1 σ 2 π e − 1 2 ( x − μ σ ) 2 d x = ∫ − ∞ ∞ e t ( μ + σ z ) 1 2 π e − 1 2 z 2 d z , w h e r e x − μ σ = z = ( e t μ + 1 2 t 2 σ 2 ) ∫ − ∞ ∞ 1 2 π e − 1 2 ( z − t σ ) 2 d z , M_x(t)\\
=E(e^{tx})\\
=∫^∞_{−∞}e^{tx}\frac{1}{σ \sqrt{2π}}e^{−\frac{1}{2}}(\frac{x−μ}{σ})^2dx\\
=∫^∞_{−∞}e^t(μ+σz)\frac{1}{\sqrt{2π}}e−\frac{1}{2}z^2dz, where \frac{x−μ}{σ}=z\\
=(e^{tμ}+\frac{1}{2}t^2σ^2)∫^∞_{−∞}\frac{1}{\sqrt{2π}}e^−\frac{1}{2}(z−tσ)^2dz, M x ( t ) = E ( e t x ) = ∫ − ∞ ∞ e t x σ 2 π 1 e − 2 1 ( σ x − μ ) 2 d x = ∫ − ∞ ∞ e t ( μ + σ z ) 2 π 1 e − 2 1 z 2 d z , w h ere σ x − μ = z = ( e t μ + 2 1 t 2 σ 2 ) ∫ − ∞ ∞ 2 π 1 e − 2 1 ( z − t σ ) 2 d z ,
Note that the portion under integration sign represents PDF of N(tσ,1) distribution; so eventually the value of the integration will be 1
e t μ + 1 2 t 2 σ 2 , t ∈ R e^{tμ}+\frac{1}{2}t^2σ^2, t ∈R e t μ + 2 1 t 2 σ 2 , t ∈ R
So, M x ( t ) = e t μ + 1 2 t 2 σ 2 , t ∈ R M_x(t)= e^{tμ}+\frac{1}{2}t^2σ^2, t ∈R M x ( t ) = e t μ + 2 1 t 2 σ 2 , t ∈ R
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