解答
1
φX(0)=E(ei⋅0⋅X)=E(1)=1
2
dmφXdtm=0+⋯+0m個+m!⋅imm!E(Xm)+{(m+1)⋅m⋯3⋅2}im⋅(it)(m+1)!E(Xm+1)+{(m+2)⋅(m+1)⋯4⋅3}im⋅(it)2(m+2)!E(Xm+2)+⋯=m!⋅imm!E(Xm)+∞∑nim(it)nn!E(m+n)∴dmφxdtm|t=0=imE(Xm)+0∴1imdmφxdtm|t=0=E(Xm)
3
φX(t)=∞∑n=0λkk!e−λeitk=∞∑n=0(λeit)kk!e−λ=eλeite−λ=eλ(eit−1)
4
オイラーの公式より、
eit=cost+isint
が成り立つので、
eit(aX+bY)=eitaXeitbY=(cos(taX)+isin(taX))(cos(tbY)+isin(tbY))=(cos(taX)cos(tbY)−sin(taX)sin(tbY))+i(cos(taX)sin(tbY)+sin(taX)cos(tbY))
と分解できる。したがって、X,Y が独立なので、
φaX+bY(t)=E(eit(aX+bY))=E(cos(taX))E(cos(tbY))−E(sin(taX))E(sin(tbY))+i(E(cos(taX))E(sin(tbY))+E(sin(taX))E(cos(tbY)))=(E(costaX)+iE(sintaX))⋅(E(costbY)+iE(sintbY))=E(eitaX)⋅E(eitbY)=φX(at)φY(bt)