关于正态分布N(0,n)的CDF在n→∞时极限的求解疑惑与求证
我现在在求解正态分布$\text{N}(0,n)$对应的概率测度当$n \to \infty$时的CDF极限。我定义$F_n(u)$是$\text{N}(0,n)$的CDF,一开始直觉告诉我$F_n(u) \to F(u)=0$,但实际推导出来的结果完全不一样,这让我很困惑。
我的第一次尝试用了控制收敛定理,思路是这样的:
$$ \lim_{n \to \infty} F_n(u) = \lim_{n \to \infty} \int_{-\infty}^u \frac{1}{\sqrt{2 \pi n}} e^{- \frac{x^2}{2n}} \text{d}x = \int_{-\infty}^u \lim_{n \to \infty} \frac{1}{\sqrt{2 \pi n}} e^{- \frac{x^2}{2n}} \text{d}x $$
但这条路走不通,因为我找不到合适的可积上界函数。
然后我换了一种方法,结果却让我更疑惑:
假设$X \sim \text{N}(0,n)$,我们可以把$X$写成$X = \sqrt{n}Z$,其中$Z \sim \text{N}(0,1)$。这样的话:
\begin{align*}
F_n(u) &= \mathbb{P}(X \leq u) \
&= \mathbb{P}(\sqrt{n}Z \leq u) \
&= \mathbb{P}\left( Z \leq \frac{u}{\sqrt{n}} \right)\
&= \Phi\left(\frac{u}{\sqrt{n}} \right)
\end{align*}
由此可以得到:
$$ \lim_{n \to \infty} F_n(u) = \lim_{n \to \infty} \Phi\left(\frac{u}{\sqrt{n}} \right) = \Phi(0) = \frac{1}{2} $$
我实在很难相信这个结果。当$n$趋向无穷时,这个概率测度的方差趋向无穷,但均值还是0。如果这个结果是对的,有没有什么直观的解释?还是我的推导哪里错了?要不要回到控制收敛定理的思路上?希望能得到一些指导。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者YessuhYessuhYessuh

