关于两个独立标准正态变量相关事件概率等价性的疑问
嘿,这个推导其实就是一系列等价变形的过程,咱们拆开来一步步理清楚就不会懵了~
首先看原概率里的不等式:$\mathbb{P}(\sqrt{s}|Z_1| > \sqrt{1-s}|Z_2|)$,因为$s\in[0,1]$,$\sqrt{s}$和$\sqrt{1-s}$都是非负数,而且两边都是绝对值(肯定非负),所以我们可以放心做平方操作——毕竟非负数的平方是单调递增的,不会改变不等号方向:
对不等式两边同时平方,得到:
$$s Z_1^2 > (1-s) Z_2^2$$把所有项移到左边整理一下,提取公因子$s$:
$$s(Z_1^2 + Z_2^2) > Z_2^2$$
这里只是把$sZ_2^2$移到右边再移回来合并,你可以自己算一遍验证~接下来关键的一步:因为$Z_1$和$Z_2$是独立标准正态变量,$Z_1^2 + Z_22$是自由度为2的卡方分布,它**几乎处处都是正数**(只有$Z_1=Z_2=0$时为0,但这个事件概率是0,完全不影响结果)。所以我们可以两边同时除以$Z_12 + Z_2^2$,不等号方向不变:
$$s > \frac{Z_22}{Z_12 + Z_2^2}$$最后,两边同时开根号——同样,两边都是非负数,开根号也不会改变不等号方向。右边开根号后,分子$Z_22$开根号是$|Z_2|$,分母$Z_12+Z_22$开根号是$\sqrt{Z_12+Z_2^2}$,所以就得到:
$$\sqrt{s} > \frac{|Z_2|}{\sqrt{Z_1^2 + Z_2^2}}$$
把这个不等式反过来写,就和题目里右边的概率事件完全一致了:
$$\mathbb{P}\bigg{\frac{|Z_2|}{\sqrt{Z_12+Z_22}}<\sqrt{s}\bigg}$$
至于你提到的分母里的瑞利变量:$\sqrt{Z_12+Z_22}$其实就是二维标准正态随机向量的模长,它确实服从瑞利分布,但这里它是通过代数变形自然出现的,不是凭空引入的——我们只是在整理不等式的过程中,把分母凑成了这个模长而已。
整个过程每一步都是等价变形,所以两个事件的概率自然相等~
备注:内容来源于stack exchange,提问作者EzBots




