LaTeX within Markdown, can it be done? If Y 1 Y_1 Y 1 is a standard normal random variable, then Y 1 2 Y_1^2 Y 1 2 will follow a Chi-square distribution with 1 degree of
freedom
It can be observed that Y 1 Y_1 Y 1 has a range of − 1 ≤ Y 1 ≤ 1 -1 \leq Y_1 \leq 1 − 1 ≤ Y 1 ≤ 1 . Similarly, Y 2 Y_2 Y 2 is 0 ≤ Y 2 ≤ 1 0 \leq Y_2 \leq 1 0 ≤ Y 2 ≤ 1 . To form the
triangle shape, an additional constraint is needed: ∣ Y 1 ∣ + Y 2 ≤ 1 |Y_1| + Y_2 \leq 1 ∣ Y 1 ∣ + Y 2 ≤ 1 .
f ( y 1 , y 2 ) = { 1 − 1 ≤ Y 1 ≤ 1 , 0 ≤ Y 2 ≤ 1 , ∣ Y 1 ∣ + Y 2 ≤ 1 0 otherwise \begin{equation*}
f(y_1,y_2) = \begin{cases}
1 & -1 \leq Y_1 \leq 1, 0 \leq Y_2 \leq 1, |Y_1| + Y_2 \leq 1 \\
0 & \textnormal{otherwise}
\end{cases}
\end{equation*} f ( y 1 , y 2 ) = { 1 0 − 1 ≤ Y 1 ≤ 1 , 0 ≤ Y 2 ≤ 1 , ∣ Y 1 ∣ + Y 2 ≤ 1 otherwise A split integral will be needed to find E ( Y 1 Y 2 ) E(Y_1Y_2) E ( Y 1 Y 2 ) due to the special constraint.
E ( Y 1 Y 2 ) = ∫ − 1 0 ∫ 0 1 + y 1 y 1 y 2 d y 2 d y 1 + ∫ 0 1 ∫ 0 1 − y 1 y 1 y 2 d y 2 d y 1 = ∫ − 1 0 y 1 ( 1 + y 1 ) 2 2 d y 1 + ∫ 0 1 y 1 ( 1 − y 1 ) 2 2 d y 1 = 1 2 ∫ − 1 0 y 1 ( 1 + y 1 ) 2 d y 1 + 1 2 ∫ 0 1 y 1 ( 1 − y 1 ) 2 d y 1 = 1 2 ∫ − 1 0 ( y 1 + y 1 3 + 2 y 1 2 ) d y 1 + 1 2 ∫ 0 1 ( y 1 + y 1 3 − 2 y 1 2 ) d y 1 (expanded) = 1 2 [ y 1 2 2 + y 1 4 4 + 2 y 1 3 3 ] − 1 0 + 1 2 [ y 1 2 2 + y 1 4 4 − 2 y 1 3 3 ] 0 1 = − 1 2 [ 1 2 + 1 4 − 2 3 ] + 1 2 [ 1 2 + 1 4 − 2 3 ] = 0 \begin{align*}
E(Y_1Y_2) &= \int_{-1}^{0}\int_{0}^{1+y_1}y_1y_2dy_2dy_1 + \int_{0}^{1}\int_{0}^{1-y_1}y_1y_2dy_2dy_1 \\
&= \int_{-1}^{0}\dfrac{y_1(1+y_1)^2}{2}dy_1 + \int_{0}^{1}\dfrac{y_1(1-y_1)^2}{2}dy_1 \\
&= \dfrac{1}{2}\int_{-1}^{0}y_1(1+y_1)^2dy_1 + \dfrac{1}{2} \int_{0}^{1}y_1(1-y_1)^2dy_1 \\
&= \dfrac{1}{2}\int_{-1}^{0}\left(y_1+y_1^3+2y_1^2\right)dy_1 + \dfrac{1}{2}\int_{0}^{1}\left(y_1+y_1^3-2y_1^2\right)dy_1 \textnormal{ (expanded)} \\
&= \dfrac{1}{2}\left[ \dfrac{y_1^2}{2} + \dfrac{y_1^4}{4} + \dfrac{2y_1^3}{3} \right]_{-1}^0 + \dfrac{1}{2}\left[ \dfrac{y_1^2}{2} + \dfrac{y_1^4}{4} - \dfrac{2y_1^3}{3} \right]_0^1 \\
&= -\cancel{\dfrac{1}{2}\left[ \dfrac{1}{2} + \dfrac{1}{4} - \dfrac{2}{3} \right]} + \cancel{\dfrac{1}{2}\left[ \dfrac{1}{2} + \dfrac{1}{4} - \dfrac{2}{3} \right]} \\
&= 0
\end{align*} E ( Y 1 Y 2 ) = ∫ − 1 0 ∫ 0 1 + y 1 y 1 y 2 d y 2 d y 1 + ∫ 0 1 ∫ 0 1 − y 1 y 1 y 2 d y 2 d y 1 = ∫ − 1 0 2 y 1 ( 1 + y 1 ) 2 d y 1 + ∫ 0 1 2 y 1 ( 1 − y 1 ) 2 d y 1 = 2 1 ∫ − 1 0 y 1 ( 1 + y 1 ) 2 d y 1 + 2 1 ∫ 0 1 y 1 ( 1 − y 1 ) 2 d y 1 = 2 1 ∫ − 1 0 ( y 1 + y 1 3 + 2 y 1 2 ) d y 1 + 2 1 ∫ 0 1 ( y 1 + y 1 3 − 2 y 1 2 ) d y 1 (expanded) = 2 1 [ 2 y 1 2 + 4 y 1 4 + 3 2 y 1 3 ] − 1 0 + 2 1 [ 2 y 1 2 + 4 y 1 4 − 3 2 y 1 3 ] 0 1 = − 2 1 [ 2 1 + 4 1 − 3 2 ] + 2 1 [ 2 1 + 4 1 − 3 2 ] = 0 The uniqueness property of mgfs allows us to show that U U U follows a Chi-square distribution with 2 degrees of freedom.