\(E(Y)=E(E(Y|X))\)
証明
\begin{align*}
E(E(Y|X))&=\int_{-\infty}^{\infty}E(Y|X=x)f_{X}(x)dx\\
&=\int_{-\infty}^{\infty}\left(\int_{-\infty}^{\infty}yf_{Y|X}(y|x)dy\right)f_{X}(x)dx\\
&=\int_{-\infty}^{\infty}\left(\int_{-\infty}^{\infty}y\frac{f_{X,Y}(x,y)}{f_X(x)}dy\right)f_{X}(x)dx\\
&=\int_{-\infty}^{\infty}\int_{-\infty}^{\infty}yf_{X,Y}(x,y)dydx\\
&=\int_{-\infty}^{\infty}ydy\int_{-\infty}^{\infty}f_{X,Y}(x,y)dx\\
&=\int_{-\infty}^{\infty}yf_Y(y)dy=E(Y)\\
\end{align*}
気を付けたいこと：
\(E(Y|X)\)自体が（条件付き期待値の定義より）確率変数\(X\)の関数で，確率変数．