A tu pregunta: dado que X y Z son independientes, X es Gaussiano (voy a usar "normal"), y Y = X+Z, probar que S es normal iff Z es normal. A la derecha? Como se observa, una dirección, es fácil: si Z es normal, entonces también lo es Y=X+Z. Así que para la otra dirección, suponga que Y es normal. Tenemos que demostrar que Z es normal también.
Tal vez hay una manera más fácil aún, pero es sencillo de utilizar funciones características, que caracterizan las distribuciones. Puesto que X y Z son independientes,
$ \varphi_Y(t) = E[e^{itY}] = E[e^{it(X+Z)}] = E[e^{itX}]E[e^{itZ}]$, y así,
$ \varphi_Z(t) = E[e^{itZ}] = E[e^{itY}]/E[e^{itX}] $
Esto significa que Z tiene exactamente la función característica de una variable normal, y por lo tanto es normal.
Más interesante y mucho más en general, existe un teorema de Cramer (por ejemplo, ver aquí), que dice que si X y Z son independientes y X+Z sigue una distribución normal, entonces X y Z son!