累積分布関数と期待値の関係

確率変数$X$についての確率密度関数を$f_X(x)$、累積分布関数を$F_X(x):=\int^x_\infty f_X(x)dx$としたとき、期待値について以下の式が成り立ちます。

$$ E(X)=\int^\infty_0 (1-F_X(x))dx $$

証明

$$ \begin{align} \int^\infty_0 (1-F_X(x))dx&=\int^\infty_0P(X\geq x)dx\\ &=\int^\infty_0 \int^\infty_x f_X(t)dtdx\\ &=\int^\infty_0\int^t_0 f_X(t)dxdt\\ &=\int^\infty_0 tf_X(t)dt=E(x) \end{align} $$

途中で積分の順序を交換するのがポイントです。

参考文献