Hola
Es que \( (X|Y=y)^2 \) significa \( (X^2|Y=y) \). Con esto quiero decir que la igualdad es inmediata, si uno entiende que significa la variable aletoria \( (X|Y=y) \).
\( (X|Y=y) \) es la variable aleatoria \( X \) condicionada a que \( Y=y. \) Toma los mismos valores que \( X \) y su función de densidad es:
\( f_1(x)= \dfrac{f(x,y)}{f_Y(y)} \)
\( (X^2|Y=y) \) es la variable aleatoria \( X^2 \) condicionada a que \( Y=y. \) Toma los mismos valores que \( X^2 \) y su función de densidad es:
\( f_2(x)= \dfrac{f(\sqrt{x},y)+f(-\sqrt{x},y)}{f_Y(y)} \)
\( (X|Y=y)^2 \) es el cuadrado de la v.a. \( (X|Y=y) \). Toma los mismos valores que \( X^2 \) y su función de densidad es:
\( f_3(x)=f_1(\sqrt{x})+f_1(-\sqrt{x})=f_2(x) \)
Saludos.
P.D. En resumen ten claro para contestar tu mismo a la pregunta que significa \( (X|Y=y)^2 \).