Kaj je Cauchy distribucija

Ena porazdelitev naključne spremenljivke ni pomembna za njene aplikacije, temveč za to, kar nam pove o naših definicijah. Porazdelitev Cauchy je en tak primer, ki ga včasih imenujemo patološki primer. Razlog za to je, da čeprav je ta porazdelitev dobro definirana in ima povezavo s fizikalnim pojavom, distribucija nima srednje vrednosti ali variance. Dejansko ta naključna spremenljivka nima a funkcija za ustvarjanje trenutka.

Porazdelitev Cauchyja določimo z upoštevanjem spinnerja, kot je vrsta v družabni igri. Središče tega vrtavke bo zasidrano na y os v točki (0, 1). Po vrtenju spinnerja bomo podaljšali linijski segment vrtilke, dokler ne prečka osi x. To bo opredeljeno kot naša naključna spremenljivka X.

Pustimo w, ki označuje manjši od obeh kotov, ki jih spinner naredi s y os. Domnevamo, da je ta spiner enak verjetnosti, da tvori kateri koli kot kot drug, zato ima W enakomerno porazdelitev, ki sega od -π / 2 do π / 2.

Osnovna trigonometrija nam omogoča povezavo med našima dvema naključnima spremenljivkama:

X = porjavelostW.

Kumulativna porazdelitvena funkcijaXje izpeljano na naslednji način:

H(x) = P(X < x) = P(porjavelostW < x) = P(W < arctanX)

Nato uporabimo dejstvo, daW je enoten in to nam daje:

H(x) = 0.5 + (arctanx)/π

Za pridobitev funkcije gostote verjetnosti razlikujemo funkcijo kumulativne gostote. Rezultat je h(x) = 1/[π (1 + x²) ]

Zaradi česar je distribucija Cauchy zanimiva, je, da čeprav smo jo definirali s fizičnim sistemom a naključni vrtiljak, naključna spremenljivka s Cauchyjevo porazdelitvijo nima srednje, variance ali trenutka funkcijo. Vse na trenutke o izvoru, ki se uporablja za definiranje teh parametrov, ne obstaja.

Začnemo z upoštevanjem srednje. Srednja vrednost je opredeljena kot pričakovana vrednost naše naključne spremenljivke in tako je E [X] = ∫_-∞^∞x /[π (1 + x²)] dx.

Integriramo z uporabo zamenjava. Če nastavimo u = 1 +x² potem vidimo, da du = 2x dx. Po zamenjavi nastali nepravilni integral ne konvergira. To pomeni, da pričakovana vrednost ne obstaja in da je srednja vrednost nedefinirana.

Podobno sta definirana tudi varianta in funkcija ustvarjanja trenutka.

Porazdelitev Cauchy je poimenovana po francoskem matematiku Augustinu-Louisu Cauchiju (1789 - 1857). Kljub temu, da je bila distribucija imenovana za Cauchy, je informacije o distribuciji prvič objavil Poisson.