Stwierdzenie jest prawdziwe wtedy i tylko wtedy, gdy prawa strona działa jak gęstość dla ; to jest,X+Y
FX+Y(a)=P(X+Y≤a)=∫a−∞fX+Y(z)dz=∫a−∞(∫fX(x)fY(z−x)dx)dz
dla wszystkich . Sprawdźmy to, zaczynając od prawej strony.a
Zastosuj Twierdzenie Fubiniego, aby zmienić kolejność całkowania i dokonać podstawienia . Wyznacznikiem jego jakobianu jest , więc ta zmiana zmiennych nie wprowadza żadnych dodatkowych terminów. Zauważ, że ponieważ i są w relacji jeden do jednego, a wtedy i tylko wtedy, gdy , możemy przepisać całkę jakoz=x+y1zy−∞<z≤a−∞<y<a−x
=∫(∫a−x−∞fX(x)fY(y)dy)dx.
Z definicji jest to całka z zR2
=∬I(x+y≤a)fX(x)fY(y)dydx
gdzie jest funkcją wskaźnika zestawu. Wreszcie, ponieważ i są niezależne, dla wszystkich , ujawniając całkę jako jedynie oczekiwanieIXYf(X,Y)(x,y)=fX(x)fY(y)(x,y)
=∬I(x+y≤a)f(X,Y)(x,y)dydx=E(I(X+Y≤a))=P(X+Y≤a),
zgodnie z życzeniem.
Mówiąc bardziej ogólnie, nawet jeśli jeden lub oba lub nie mają funkcji rozkładu, nadal możemy uzyskaćXY
FX+Y(a)=EX(FY(a−X))=EY(FX(a−Y))
bezpośrednio z podstawowych definicji, wykorzystując oczekiwanie wskaźników do przechodzenia między prawdopodobieństwami a oczekiwaniami oraz wykorzystując założenie niezależności, aby rozbić obliczenia na osobne oczekiwania w odniesieniu do i :XY
P(X+Y≤a)=E(I(X+Y≤a))=EX(EY(I(X+Y≤a))=EX(PY(Y≤a−X))=EX(FY(a−X)).
Obejmuje to na przykład zwykłe wzory na dyskretne zmienne losowe, choć w nieco innej formie niż zwykle (ponieważ jest to wyrażone raczej w kategoriach CDF niż w funkcjach masy prawdopodobieństwa).
Jeśli masz wystarczająco silne twierdzenie o zamianie pochodnych i całek, możesz rozróżnić obie strony względem aby uzyskać gęstość za jednym pociągnięciem,afX+Y
fX+Y(a)=ddaFX+Y(a)=EX(ddaFY(a−X))=EX(fY(a−X))=∫fX(x)fY(a−x)dx.