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拐点与正态分布 CDF 的拐点

What is an inflection point?

专题
General / 综合
难度
L4

题目详情

What is an inflection point? What is the coordinate of the inflection point of the cumulative distribution function of a N(μ,σ)N(\mu ,\sigma) random variable?

解析

拐点(inflection point)指函数曲率发生改变的点,典型判别是二阶导数在该点附近变号(或等价地凸凹性改变)。

XN(μ,σ2)X\sim N(\mu,\sigma^2),CDF 为

F(x)=Φ(xμσ).F(x)=\Phi\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right).

F(x)=1σφ(xμσ),F'(x)=\frac{1}{\sigma}\varphi\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right),

其中 φ\varphi 为标准正态密度。再求导:

F(x)=1σ2φ(xμσ)=1σ2(xμσ)φ(xμσ).F''(x)=\frac{1}{\sigma^2}\varphi'\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right) =\frac{1}{\sigma^2}\left(-\frac{x-\mu}{\sigma}\right)\varphi\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right).

F(x)=0F''(x)=0x=μx=\mu。因此拐点坐标为

(μ,12).\boxed{\bigl(\mu,\tfrac12\bigr)}.