wolfram-mathematica - 如何执行整合规则？

Question

假设我已经检查了下面的身份，如何在Mathematica中实现它？

(* {\[Alpha] \[Element] Reals, \[Beta] \[Element] Reals, \[Mu] \[Element] Reals, \[Sigma] > 0} *)

Integrate[CDF[NormalDistribution[0, 1], \[Alpha] + \[Beta] x] PDF[
NormalDistribution[\[Mu], \[Sigma]], 
x], {x, -\[Infinity], \[Infinity]}] -> CDF[NormalDistribution[0, 1], (\[Alpha] + 
\[Beta] \[Mu])/Sqrt[1 + \[Beta]^2 \[Sigma]^2]]

Answer 1

完成您请求的大多数方法可能会涉及向内置函数添加规则(例如Integrate，CDF，PDF等)，这可能不是一个好选择。这是一种稍微柔和的方法，使用基于Block的技巧-宏:

ClearAll[withIntegrationRule];
SetAttributes[withIntegrationRule, HoldAll];
withIntegrationRule[code_] :=
   Block[{CDF, PDF, Integrate, NormalDistribution},
      Integrate[
        CDF[NormalDistribution[0, 1], \[Alpha]_ + \[Beta]_ x_] PDF[
           NormalDistribution[\[Mu]_, \[Sigma]_], x_], {x_, -\[Infinity], \[Infinity]}] :=
                CDF[NormalDistribution[0, 1], (\[Alpha] + \[Beta] \[Mu])/
                   Sqrt[1 + \[Beta]^2 \[Sigma]^2]];
      code];

这是我们如何使用它:

In[27]:= 
withIntegrationRule[a=Integrate[CDF[NormalDistribution[0,1],\[Alpha]+\[Beta] x]
    PDF[NormalDistribution[\[Mu],\[Sigma]],x],{x,-\[Infinity],\[Infinity]}]];
a

Out[28]= 1/2 Erfc[-((\[Alpha]+\[Beta] \[Mu])/(Sqrt[2] Sqrt[1+\[Beta]^2 \[Sigma]^2]))]   

当我们的规则不匹配时，它将仍然有效，并自动切换到正常的评估路线:

In[36]:= 
  Block[{$Assumptions = \[Alpha]>0&&\[Beta]==0&&\[Mu]>0&&\[Sigma]>0},
    withIntegrationRule[b=Integrate[CDF[NormalDistribution[0,1],\[Alpha]+\[Beta] x]
        PDF[NormalDistribution[\[Mu],\[Sigma]],x],{x,0,\[Infinity]}]]]

Out[36]= 1/4 (1+Erf[\[Alpha]/Sqrt[2]]) (1+Erf[\[Mu]/(Sqrt[2] \[Sigma])])

我在假设中将 \[Alpha]设置为 0以使封闭形式的集成成为可能。

另一种选择是实现自己的专用集成器。