Чаще всего верно. Математическое ожидание = обычный интеграл Лебега по конечной мере. Поэтому для него справедливы соответствующие теоремы о дифференцировании под знаком интеграла. Скажем, достаточно, чтобы

была непрерывно дифференцируема по

с ограниченной производной.