{"id":2154,"date":"2025-08-04T23:57:01","date_gmt":"2025-08-04T23:57:01","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/?p=2154"},"modified":"2026-02-13T16:44:07","modified_gmt":"2026-02-13T16:44:07","slug":"gaussian-integration-by-parts","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2025\/08\/04\/gaussian-integration-by-parts\/","title":{"rendered":"Gaussian Integration by Parts"},"content":{"rendered":"\n<p><a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Normal_distribution\">Gaussian random variables<\/a> are wonderful, and there are lots of clever tricks for doing computations with them. One particularly nice tool is the <a href=\"https:\/\/www.math.toronto.edu\/undergrad\/projects-undergrad\/Gauss-Intro.pdf#page=12\">Gaussian integration by parts formula<\/a>, which I learned from my PhD advisor <a href=\"https:\/\/tropp.caltech.edu\">Joel Tropp<\/a>. Here it is:<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p><strong>Gaussian integration by parts.<\/strong> Let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fab4c39805a4ffa76218c5524e1b6e66_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> be a <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Normal_distribution#Standard_normal_distribution\">standard<\/a> Gaussian random variable. Then <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7dba10c0a29b0f68eefa135a0e67d0cb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#102;&#40;&#122;&#41;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#102;&#39;&#40;&#122;&#41;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"146\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>This formula makes many basic computations effortless. For instance, to compute the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Moment_(mathematics)\">second moment<\/a> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b789f7d051bbf792fea37f44f88b1f83_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#94;&#50;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"36\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> of a standard Gaussian random variable <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fab4c39805a4ffa76218c5524e1b6e66_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, we apply the formula with <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ae96e375898a42fbbd6a01c163fe973a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#40;&#120;&#41;&#32;&#61;&#32;&#120;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"68\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> to obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-72017e2492468cdba39e4878b12f76aa_l3.png\" height=\"22\" width=\"301\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#94;&#50;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#32;&#102;&#40;&#122;&#41;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#102;&#39;&#40;&#122;&#41;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#49;&#93;&#32;&#61;&#32;&#49;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Therefore, the second moment is one. Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fab4c39805a4ffa76218c5524e1b6e66_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> has mean zero, this also means that the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Variance\">variance<\/a> of a standard Gaussian random variable is one.<\/p>\n\n\n\n<p>The fourth moment is no harder to compute. Using <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7f0d644bf058fc837f769ab3ebffbc8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#40;&#120;&#41;&#32;&#61;&#32;&#120;&#94;&#51;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"75\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, we compute <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d7582a91dd80de04d4bb3bd17c2969cd_l3.png\" height=\"22\" width=\"319\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#94;&#52;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#102;&#40;&#122;&#41;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#102;&#39;&#40;&#122;&#41;&#93;&#32;&#61;&#32;&#51;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#94;&#50;&#93;&#32;&#61;&#32;&#51;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Easy peesy. We&#8217;ve shown the fourth moment of a standard Gaussian variable is three\u2014no fancy integral tricks required. <\/p>\n\n\n\n<p>Iterating this trick, we can compute <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Normal_distribution#Moments\">all the even moments of a standard Gaussian random variable<\/a>. Indeed, <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-463cff05d7ce30d54b9325a0b4d32da8_l3.png\" height=\"22\" width=\"704\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#94;&#123;&#50;&#112;&#125;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#122;&#94;&#123;&#50;&#112;&#45;&#49;&#125;&#93;&#32;&#61;&#32;&#40;&#50;&#112;&#45;&#49;&#41;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#94;&#123;&#50;&#112;&#45;&#50;&#125;&#93;&#32;&#61;&#32;&#40;&#50;&#112;&#45;&#49;&#41;&#40;&#50;&#112;&#45;&#51;&#41;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#94;&#123;&#50;&#112;&#45;&#52;&#125;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#61;&#32;&#40;&#50;&#112;&#45;&#49;&#41;&#40;&#50;&#112;&#45;&#51;&#41;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#49;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We conclude that the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-106912330f0b82b07c823690a671daee_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#50;&#112;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"30\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>th moment of a standard Gaussian random variable is <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-18a9807935969f81eb9afd36873c1475_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#50;&#112;&#45;&#49;&#41;&#33;&#33;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"70\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b665973b7dc70bd917b2c3fa7354143b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#33;&#33;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> indicates the (in)famous <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Double_factorial\">double factorial<\/a> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-efbe513f5b3f24d5033ecf9ff997e0de_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#50;&#112;&#45;&#49;&#41;&#33;&#33;&#32;&#61;&#32;&#40;&#50;&#112;&#45;&#49;&#41;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#40;&#50;&#112;&#45;&#51;&#41;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#51;&#32;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"343\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p>As a spicier application, let us now compute <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8dcb87553abe8c547e97479e4ef0ad22_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#124;&#122;&#124;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"39\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. To do so, we choose <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bd5c06009011b4bfdc691b5a81e49bae_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#40;&#120;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#115;&#105;&#103;&#110;&#125;&#40;&#120;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"112\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> to be the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Sign_function\">sign function<\/a>: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 75px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-28ef3c2b8f17f4fc65f112fc1ea06c86_l3.png\" height=\"75\" width=\"181\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#115;&#105;&#103;&#110;&#125;&#40;&#120;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#99;&#97;&#115;&#101;&#115;&#125;&#32;&#49;&#44;&#32;&#38;&#32;&#120;&#32;&#62;&#32;&#48;&#44;&#32;&#92;&#92;&#32;&#48;&#32;&#38;&#32;&#120;&#32;&#61;&#32;&#48;&#44;&#32;&#92;&#92;&#32;&#45;&#49;&#32;&#38;&#32;&#120;&#32;&#60;&#32;&#48;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#99;&#97;&#115;&#101;&#115;&#125;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>This function is not differentiable in a &#8220;Calculus 1&#8221; sense because it is discontinuous at zero. However, it is <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Distribution_(mathematics)#Differentiation_of_distributions\">differentiable in a &#8220;distributional sense&#8221;<\/a> and its derivative is <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a71f2da8fff54d8460b949d0fdee6439_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#39;&#40;&#120;&#41;&#32;&#61;&#32;&#50;&#92;&#100;&#101;&#108;&#116;&#97;&#40;&#120;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"103\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-50f767701973c5f8f4cb8cc6ed459bad_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#100;&#101;&#108;&#116;&#97;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> denotes the famous <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Dirac_delta_function\">Dirac delta &#8220;function&#8221;<\/a>. We then compute <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 21px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ff50b28c78f8b8d69843835ac3bd7fab_l3.png\" height=\"21\" width=\"305\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#124;&#122;&#124;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#122;&#102;&#40;&#122;&#41;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#102;&#39;&#40;&#122;&#41;&#93;&#32;&#61;&#32;&#50;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#92;&#100;&#101;&#108;&#116;&#97;&#40;&#122;&#41;&#93;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>To compute <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-078369af4f64b86ff6fe4d075710549d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#92;&#100;&#101;&#108;&#116;&#97;&#40;&#122;&#41;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"51\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, write the integral out using the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Probability_density_function\">probability density function<\/a> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b889ecc5781bc4fa48f70ba23ef2cfb8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#112;&#104;&#105;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"11\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> of the standard Gaussian distribution: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 41px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-96eedb8599b918aed9f53f71548b47d8_l3.png\" height=\"41\" width=\"363\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#124;&#122;&#124;&#93;&#32;&#61;&#32;&#50;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#92;&#100;&#101;&#108;&#116;&#97;&#40;&#122;&#41;&#93;&#32;&#61;&#32;&#50;&#92;&#105;&#110;&#116;&#95;&#123;&#45;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#125;&#94;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#92;&#112;&#104;&#105;&#40;&#120;&#41;&#32;&#92;&#100;&#101;&#108;&#116;&#97;&#40;&#120;&#41;&#32;&#92;&#44;&#32;&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#114;&#109;&#123;&#100;&#125;&#32;&#120;&#32;&#61;&#32;&#50;&#92;&#112;&#104;&#105;&#40;&#48;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>The standard Gaussian distribution <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Normal_distribution#Standard_normal_distribution\">has density<\/a> <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 44px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-92edc4a207255caae1eedb17381a807f_l3.png\" height=\"44\" width=\"198\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#112;&#104;&#105;&#40;&#120;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#125;&#123;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#50;&#92;&#112;&#105;&#125;&#125;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#120;&#94;&#50;&#125;&#123;&#50;&#125;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p> so we conclude <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 45px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d1d32c2b5642230b0f179641bf6b5a65_l3.png\" height=\"45\" width=\"184\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#124;&#122;&#124;&#93;&#32;&#61;&#32;&#50;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#125;&#123;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#50;&#32;&#92;&#112;&#105;&#125;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#50;&#125;&#123;&#92;&#112;&#105;&#125;&#125;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>A computation involving integrating against the Gaussian density has again been made trivial by using the Gaussian integration by parts formula.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Application: Power Method from a Random Start<\/h2>\n\n\n\n<p>As an application of the Gaussian integration by parts formula, we can analyze the famous <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Power_iteration\">power method<\/a> for eigenvalue computations with a (Gaussian) random initialization. This discussion is adapted from the tutorial of <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2402.17873\">Kireeva and Tropp (2024)<\/a>.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Setup<\/h3>\n\n\n\n<p>Before we can get to the cool application of the Gaussian integration by parts formula, we need to setup the problem and do a bit of algebra. Let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> be a matrix, which we&#8217;ll assume for simplicity to be <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Symmetric_matrix\">symmetric<\/a> and <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Definite_matrix#Definitions\">positive semidefinite<\/a>. Let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a557305bfb28e0019d3a4917ee844d32_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#62;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#32;&#92;&#103;&#101;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#51;&#32;&#92;&#103;&#101;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#92;&#103;&#101;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#110;&#32;&#92;&#103;&#101;&#32;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"221\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> denote the eigenvalues of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. We assume the largest eigenvalue <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-54fe00c6802b6abfc28f5ad7731e1d85_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is <em><mark style=\"background-color:#fff4d7\" class=\"has-inline-color\">strictly<\/mark><\/em> larger than the next eigenvalue <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4b7c0387fcb526b36b4d160a120fe9a1_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. <\/p>\n\n\n\n<p>The power method computes the largest eigenvalue of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> by repeating the iteration <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2f7c9d32349d3f924c7e250e6b324a70_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#32;&#92;&#103;&#101;&#116;&#115;&#32;&#65;&#120;&#32;&#47;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#120;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"112\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. After many iterations, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b312d649591164b7149ed0756f694a76_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"10\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> approaches an eigenvector of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2ba743c4e31b28252490bf3238450e0f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#32;&#120;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"45\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> approaches an eigenvalue. Letting <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d67191f81ab941f25e6b89b435809e8c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#94;&#123;&#40;&#48;&#41;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"26\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> denote the initial vector, the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7c31707f29cc03d143ea78c9833003e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>th power iterate is <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b91fd438378fedb307b8ec5844d3ea80_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#32;&#61;&#32;&#65;&#94;&#116;&#32;&#120;&#94;&#123;&#40;&#48;&#41;&#125;&#32;&#47;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#94;&#116;&#32;&#120;&#94;&#123;&#40;&#48;&#41;&#125;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"175\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/> and the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7c31707f29cc03d143ea78c9833003e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>th eigenvalue estimate is <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 57px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8744da7cad08a86191f52369bd86e7b3_l3.png\" height=\"57\" width=\"316\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#109;&#117;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#120;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#120;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#120;&#94;&#123;&#40;&#48;&#41;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#94;&#123;&#50;&#116;&#43;&#49;&#125;&#32;&#120;&#94;&#123;&#40;&#48;&#41;&#125;&#125;&#123;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#120;&#94;&#123;&#40;&#48;&#41;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#120;&#94;&#123;&#40;&#48;&#41;&#125;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p>It is common to initialize the power method with a vector <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d67191f81ab941f25e6b89b435809e8c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#94;&#123;&#40;&#48;&#41;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"26\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> with (independent) standard Gaussian random coordinates. In this case, the components <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-67a1c70888ee036dfa7263c2ba709641_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#122;&#95;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"71\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d67191f81ab941f25e6b89b435809e8c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#94;&#123;&#40;&#48;&#41;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"26\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> in an eigenvector basis of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> are also independent standard Gaussians, owing to the <a href=\"https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=hRqhf1edVIo&amp;pp=ygUXcnlhbiBvJ2Rvbm5lbGwgZ2F1c3NpYW7SBwkJxwkBhyohjO8%3D\">rotational invariance of the (standard multivariate) Gaussian distribution<\/a>. Then the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7c31707f29cc03d143ea78c9833003e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>th eigenvalue estimate is <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 46px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-91c240175a5862804e47c506606be709_l3.png\" height=\"46\" width=\"161\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#109;&#117;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#110;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#94;&#123;&#50;&#116;&#43;&#49;&#125;&#32;&#122;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#110;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#122;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>and the error of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5533dc70e1a4fe78b62c2c9fafa84fc3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#109;&#117;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"25\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> as an approximation to the dominant eigenvalue <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-54fe00c6802b6abfc28f5ad7731e1d85_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 46px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-667bb71dd8089d5b26d87d625b82e884_l3.png\" height=\"46\" width=\"291\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#109;&#117;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#110;&#32;&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#41;&#47;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#122;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#49;&#125;&#94;&#110;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#122;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Analysis<\/h3>\n\n\n\n<p>Having set everything up, we can now use the Gaussian integration by parts formula to make quick work of the analysis. To begin, observe that the quantity <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 38px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0a300e8efbe358c2e744445cb4d0c552_l3.png\" height=\"38\" width=\"56\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#125;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>is zero for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bd3022ddedff5280ed8d0b13787c25ad_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#105;&#32;&#61;&#32;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"38\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and is at most one for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f4a3a00768424cc32a9d40f607404294_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#105;&#32;&#62;&#32;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"38\" style=\"vertical-align: -2px;\"\/>. Therefore, the error is bounded as <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 50px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-752c7ced1eb1bd8cc0ddf1eacdbc5b1c_l3.png\" height=\"50\" width=\"503\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#109;&#117;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#50;&#125;&#94;&#110;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#122;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#122;&#95;&#49;&#94;&#50;&#32;&#43;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#50;&#125;&#94;&#110;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#122;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#99;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#122;&#95;&#49;&#94;&#50;&#32;&#43;&#32;&#99;&#94;&#50;&#125;&#32;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#32;&#92;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#102;&#111;&#114;&#32;&#125;&#32;&#99;&#94;&#50;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#50;&#125;&#94;&#110;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#122;&#95;&#105;&#94;&#50;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We have introduced a parameter <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-97ef9906ba01e608975440d5f5812edb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#99;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> to consolidate the terms in this expression not depending on <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-232ee5f6dddab37757f583e96564d65e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-67a1c70888ee036dfa7263c2ba709641_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;&#95;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#122;&#95;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"71\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> are independent, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-232ee5f6dddab37757f583e96564d65e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-97ef9906ba01e608975440d5f5812edb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#99;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> are independent as well.<\/p>\n\n\n\n<p>Now, let us bound the expected value of the error. First, we take an expectation <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-894a398098a50c7d3370b5291d2759d4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#122;&#95;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"23\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> with respect to only the randomness in the first Gaussian variable <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-232ee5f6dddab37757f583e96564d65e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. Here, we use Gaussian integration by parts in the <em>reverse<\/em> direction. Introduce the function <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 45px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5a451acfc5ab3bdec6db9fab5c32cf9b_l3.png\" height=\"45\" width=\"149\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#102;&#39;&#40;&#120;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#99;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#120;&#94;&#50;&#32;&#43;&#32;&#99;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>This function is the derivative of <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 45px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-6e54f3861046933630d2185bac2fb159_l3.png\" height=\"45\" width=\"213\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#102;&#40;&#120;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#99;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#116;&#125;&#32;&#92;&#97;&#114;&#99;&#116;&#97;&#110;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#116;&#125;&#123;&#99;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Thus, by the Gaussian integration by parts formula, we have <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b8e649fd7a63c495f6f2fa09d9534c3b_l3.png\" height=\"54\" width=\"657\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#122;&#95;&#49;&#125;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#109;&#117;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#122;&#95;&#49;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#122;&#95;&#49;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#99;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#125;&#32;&#92;&#97;&#114;&#99;&#116;&#97;&#110;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#116;&#125;&#123;&#99;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#122;&#95;&#49;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#122;&#95;&#49;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#124;&#122;&#95;&#49;&#124;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#99;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#116;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#124;&#92;&#97;&#114;&#99;&#116;&#97;&#110;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#116;&#125;&#123;&#99;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#122;&#95;&#49;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#124;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>In the last line, we observed that the bracketed quantity is nonnegative, so we are free to introduce absolute value signs. The arctangent function is always at most <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7f918dd44ed030b7262e9581787a8f87_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#112;&#105;&#47;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"28\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, so we can bound<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e9d84cb3710fdc80b0166f5491e5b3da_l3.png\" height=\"54\" width=\"379\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#122;&#95;&#49;&#125;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#109;&#117;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#112;&#105;&#125;&#123;&#50;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#99;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#116;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#122;&#95;&#49;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#124;&#122;&#95;&#49;&#124;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#112;&#105;&#125;&#123;&#50;&#125;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#99;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#116;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Here, we used our result from above that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-72fae41f864e69e247552190c6b1ef2e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#124;&#122;&#124;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#50;&#47;&#92;&#112;&#105;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"111\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> for a standard Gaussian variable <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fab4c39805a4ffa76218c5524e1b6e66_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p>We&#8217;re in the home stretch! We can bound <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-97ef9906ba01e608975440d5f5812edb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#99;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> as <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 65px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7facff60e6dd9b6579d16ed28a6b0f47_l3.png\" height=\"65\" width=\"379\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#99;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#50;&#125;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#105;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#122;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#94;&#123;&#116;&#125;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#50;&#125;&#94;&#110;&#32;&#122;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#94;&#116;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#40;&#122;&#95;&#50;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#122;&#95;&#110;&#41;&#125;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We see that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-97ef9906ba01e608975440d5f5812edb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#99;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is at most <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2c34b1f731ca2c0c1857fef14af54ce3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#94;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> times the length of a vector of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7b31ef9757c2828596bea62c97d430ae_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#110;&#45;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"40\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> standard Gaussian entries. As we&#8217;ve <a href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2023\/02\/21\/note-to-self-norm-of-a-gaussian-random-vector\/\">seen before on this blog<\/a>, the expected length of a Gaussian vector with <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7b31ef9757c2828596bea62c97d430ae_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#110;&#45;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"40\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> entries is at most <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b38216076f3f0987fd20e99613c92ba9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#110;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"56\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. Thus, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-334812a1686dc037c03bd91572144ee7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#91;&#99;&#93;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#94;&#116;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#110;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"128\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. We conclude that the expected error for power iteration is <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-71e78c2a3b2280f94d13d08cfeed954c_l3.png\" height=\"54\" width=\"589\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#109;&#117;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#61;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#99;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#122;&#95;&#49;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#109;&#117;&#94;&#123;&#40;&#116;&#41;&#125;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#125;&#32;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#112;&#105;&#125;&#123;&#50;&#125;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#99;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#116;&#125;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#61;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#112;&#105;&#125;&#123;&#50;&#125;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#125;&#123;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#116;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#110;&#45;&#49;&#125;&#32;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We see that the power iteration converges geometrically at a rate of at least <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9da984f59d856d37618de369235c144a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#47;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#41;&#94;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"63\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p>The first analyses of power iteration from a random start were done by <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1137\/0613066\">Kuczy\u0144ski and Wo\u017aniakowski (1992)<\/a> and require pages of detailed computations involving integrals. This simplified analysis, due to <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.7907\/nwsv-df59\">Tropp (2020)<\/a>, makes the analysis effortless by comparison.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Gaussian random variables are wonderful, and there are lots of clever tricks for doing computations with them. One particularly nice tool is the Gaussian integration by parts formula, which I learned from my PhD advisor Joel Tropp. Here it is: Gaussian integration by parts. Let be a standard Gaussian random variable. Then . This formula<a class=\"more-link\" href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2025\/08\/04\/gaussian-integration-by-parts\/\">Read more<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[],"class_list":["post-2154","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-expository"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2154","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2154"}],"version-history":[{"count":16,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2154\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":2301,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2154\/revisions\/2301"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2154"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2154"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2154"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}