证明分布函数服从均匀分布

要证明若随机变量 \( X \) 的分布函数 \( F_X(x) \) 是严格递增的连续函数,则 \( Y = F_X(X) \) 服从 \([0,1]\) 上的均匀分布,可以按照以下步骤进行:

一、定义与性质

  1. 分布函数的定义

    分布函数 \( F_X(x) \) 是随机变量 \( X \) 的累积分布函数,满足 \( 0 \leq F_X(x) \leq 1 \),且 \( F_X(x) \) 是单调递增的连续函数。

  2. 反函数的存在性

    由于 \( F_X(x) \) 是严格递增且连续的,其反函数 \( F_X^{-1}(y) \) 存在且单调递增。

二、证明过程

  1. 确定 \( Y \) 的取值范围

    因为 \( F_X(x) \) 的值域为 \([0,1]\),所以 \( Y = F_X(X) \) 的取值范围也是 \([0,1]\)。

  2. 计算 \( Y \) 的分布函数 \( F_Y(y) \)

    [

    F_Y(y) = P(Y \leq y) = P(F_X(X) \leq y)

    ]

    由于 \( F_X \) 是严格递增的,存在唯一 \( x = F_X^{-1}(y) \) 使得 \( F_X(x) = y \),因此:

    [

    F_Y(y) = P(X \leq F_X^{-1}(y)) = F_X(F_X^{-1}(y)) = y

    ]

    这表明 \( Y \) 的分布函数 \( F_Y(y) = y \),即 \( Y \) 服从 \([0,1]\) 上的均匀分布。

三、结论

通过上述推导,证明了 \( Y = F_X(X) \) 服从 \([0,1]\) 上的均匀分布。这一结论适用于所有严格递增且连续的分布函数 \( F_X(x) \)。

:该证明基于分布函数的单调性和反函数的性质,无需考虑 \( X \) 的具体分布类型(如正态分布、指数分布等)。

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