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Guten Tag, liebe Community. Ich habe hier folgende Aufgabe.


Aufgabe:

Es sei X ~ N(0,1) eine standardnormalverteilte Zufallsvariable. Zeigen Sie, dass ℙ(X>x) ≤ \( \frac{1}{x·\sqrt{2π}} \) · \( e^{\frac{-x^{2}}{2}} \), für alle x>0.


Problem/Ansatz:

Ok, also X ~ N(0,1) ,dass heißt meine Dichtefunktion lautet: f(x) = \( \frac{1}{\sqrt{2π}} \) · \( e^{         \frac{ -{(x-1)}^{2}      }{2}      } \). Aber irgendwie kann ich mit dem Ausdruck ℙ(X>x) nichts anfangen.

Vielen Dank für eure Hilfe.

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Du hast bei der Dichte nicht richtig eingesetzt.

\(f(x) = \frac1{\sqrt{2\pi}\sigma}e^{-\frac12\left(\frac{x-\mu}\sigma\right)^2}\stackrel{\mu=0,\,\sigma=1}{=}\frac1{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{x^2}2}\)

Nun gilt per Definition

$$P(X>x) = \frac1{\sqrt{2\pi}}\underbrace{\int_x^\infty e^{-\frac{t^2}2}\,dt}_{=I(x)} \quad (1)$$

Die Ungleichung kann man nun mit partieller Integration zeigen. Der Übersichtlichkeit halber schätze ich nur \(I(x)\) ab. Für \(x>0\) haben wir:

$$I(x) = \int_x^\infty e^{-\frac{t^2}2}\,dt = \int_x^\infty \underbrace{\left(-\frac 1t\right) }_{u}\underbrace{\left(-te^{-\frac{t^2}2}\right)}_{v'}\,dt$$

$$\stackrel{uv-\int u'v}{=}\underbrace{\left. -\frac 1t e^{-\frac{t^2}2} \right|_x^\infty}_{=\frac 1x e^{-\frac{x^2}2}}- \underbrace{\int_x^\infty \frac1{t^2}e^{-\frac{t^2}2}\,dt }_{\color{blue}{>0}}$$

$${\color{blue}{<}}\:\frac1{x}e^{-\frac{x^2}2} \quad (2)$$

Jetzt setzt du (2) in (1) ein und bist fertig.

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