Hva er den Cauchy distribusjonen

Én distribusjon av en tilfeldig variabel er viktig ikke for dens applikasjoner, men for det den forteller oss om definisjonene våre. Cauchy-fordelingen er et slikt eksempel, noen ganger referert til som et patologisk eksempel. Årsaken til dette er at selv om denne distribusjonen er godt definert og har en forbindelse til et fysisk fenomen, har fordelingen ikke et middel eller en varians. Denne tilfeldige variabelen har faktisk ikke en øyeblikk genererende funksjon.

Vi definerer Cauchy-distribusjonen ved å vurdere en spinner, for eksempel typen i et brettspill. Sentrum av denne spinneren vil være forankret på y aksen ved punktet (0, 1). Etter å ha spunnet spinneren, utvider vi linjesegmentet til spinneren til den krysser x-aksen. Dette vil bli definert som vår tilfeldige variabel X.

Vi lar w betegne den minste av de to vinklene som spinneren lager med y akser. Vi antar at det er like sannsynlig at denne spinneren vil danne en hvilken som helst vinkel som en annen, og at W har en jevn fordeling som spenner fra -π / 2 til π / 2.

Grunnleggende trigonometri gir oss en forbindelse mellom våre to tilfeldige variabler:

X = tanW.

Den kumulative fordelingsfunksjonen tilXer avledet som følger:

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

Vi bruker da det faktumW er ensartet, og dette gir oss:

H(x) = 0.5 + (arctanx)/π

For å oppnå sannsynlighetstetthetsfunksjonen skiller vi den kumulative tetthetsfunksjonen. Resultatet er h(x) = 1/[π (1 + x²) ]

Det som gjør Cauchy-distribusjonen interessant er at selv om vi har definert den ved hjelp av det fysiske systemet til a tilfeldig spinner, en tilfeldig variabel med en Cauchy-distribusjon har ikke en gjennomsnittlig varians eller et øyeblikk som genererer funksjon. Alle øyeblikk om opprinnelsen som brukes til å definere disse parameterne, eksisterer ikke.

Vi begynner med å vurdere middelverdien. Gjennomsnittet er definert som den forventede verdien av vår tilfeldige variabel og så E [X] = ∫_-∞^∞x /[π (1 + x²)] dx.

Vi integrerer ved å bruke substitusjon. Hvis vi setter u = 1 +x² så ser vi at du = 2x dx. Etter å ha foretatt substitusjonen, konvergerer den resulterende utilbørlige integralen ikke. Dette betyr at den forventede verdien ikke eksisterer, og at gjennomsnittet er udefinert.

Tilsvarende er variansen og øyeblikkegenererende funksjonen ikke definert.

Cauchy-distribusjonen er oppkalt etter den franske matematikeren Augustin-Louis Cauchy (1789 - 1857). Til tross for at denne distribusjonen ble oppkalt etter Cauchy, ble informasjon om distribusjonen først publisert av Poisson.