«Сглаживание» нормального 2D-распределения

Распределение, которое вы ищете, называется функцией распределения Рэлея . PDF предоставлен

$$f_R(r) = \dfrac{r}{\sigma^2} \exp \left(-\dfrac{r^2}{2 \sigma^2} \right) \text{ where } r \geq 0$$

$$F_R(r; \sigma) = \mathbb{P}(R \leq r) = \mathbb{P}(X^2 + Y^2 \leq r^2) = \int_{-r}^{r} \mathbb{P} \left(Y \in \left[ \sqrt{r^2-x^2},\sqrt{r^2-x^2} \right] \right) f_X(x) dx\\ = \int_{-r}^{r} \int_{-\sqrt{r^2-x^2}}^{\sqrt{r^2-x^2}} f_Y(y)f_X(x) dx = \dfrac1{2 \pi \sigma^2} \int_{-r}^{r} \int_{-\sqrt{r^2-x^2}}^{\sqrt{r^2-x^2}} \exp \left( -\left( \dfrac{y^2 + x^2}{2 \sigma^2} \right) \right) dy dx$$ Изменение переменной из $(x,y) \rightarrow (\rho,\theta)$, мы получаем это $$F_R(r; \sigma) = \dfrac1{2 \pi \sigma^2} \int_{\rho=0}^{r} \int_{\theta=0}^{2 \pi} \exp \left( - \dfrac{\rho^2}{2 \sigma^2} \right) \rho d \rho d \theta\\ =\dfrac1{\sigma^2} \int_{\rho=0}^{r} \rho \exp \left(- \dfrac{\rho^2}{2 \sigma^2} \right) d \rho \\ = -\left. \exp \left( - \dfrac{\rho^2}{2 \sigma^2}\right) \right \rvert_{\rho=0}^{\rho=r} \\ = 1 - \exp \left( - \dfrac{r^2}{2 \sigma^2} \right)$$ $$f_R(r) = \dfrac{d F_R(r)}{dr} = \dfrac{r}{\sigma^2} \exp \left( - \dfrac{r^2}{2 \sigma^2}\right)$$