解析
下面先求 Cov(X,Y)。
Cov(X,Y)=E[(X−E(X))(Y−E(Y))]
=2πσ1σ21−ρ21∫−∞∞∫−∞∞(x−μ1)(y−μ2)⋅exp{−2(1−ρ2)1[σ12(x−μ1)2−2ρσ1σ2(x−μ1)(y−μ2)+σ22(y−μ2)2]}dxdy.
先将上式中方括号内化成
(σ1x−μ1−ρσ2y−μ2)2+(1−ρ2σ2y−μ2)2,
再作变量变换
⎩⎨⎧u=1−ρ21(σ1x−μ1−ρσ2y−μ2),v=σ2y−μ2,
则
{x−μ1=σ1(u1−ρ2+ρv),y−μ2=σ2v,
dxdy=∣J∣dudv=σ1σ21−ρ2dudv.
由此得
Cov(X,Y)=2πσ1σ2∫−∞∞∫−∞∞(uv1−ρ2+ρv2)exp{−21(u2+v2)}dudv.
上式右端积分可以分为两个积分之和,其中
∫−∞∞∫−∞∞uvexp{−21(u2+v2)}dudv=0,
∫−∞∞∫−∞∞v2exp{−21(u2+v2)}dudv=2π.
从而
Cov(X,Y)=2πσ1σ2⋅ρ⋅2π=ρσ1σ2,
Corr(X,Y)=σ1σ2Cov(X,Y)=ρ.