Convergence des variables aléatoires

Documents pareils
Probabilités Loi binomiale Exercices corrigés

Calcul élémentaire des probabilités

Travaux dirigés d introduction aux Probabilités

Couples de variables aléatoires discrètes

Exercice autour de densité, fonction de répatition, espérance et variance de variables quelconques.

Probabilités sur un univers fini

Limites finies en un point

Exercices de dénombrement

Loi binomiale Lois normales

Suites numériques 3. 1 Convergence et limite d une suite

Probabilités. Rappel : trois exemples. Exemple 2 : On dispose d un dé truqué. On sait que : p(1) = p(2) =1/6 ; p(3) = 1/3 p(4) = p(5) =1/12

I. Cas de l équiprobabilité

O, i, ) ln x. (ln x)2

Exercices sur le chapitre «Probabilités»

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Continuité en un point

Moments des variables aléatoires réelles

ENS de Lyon TD septembre 2012 Introduction aux probabilités. A partie finie de N

TSTI 2D CH X : Exemples de lois à densité 1

Le modèle de Black et Scholes

4. Martingales à temps discret

Probabilités conditionnelles Loi binomiale

Probabilités et Statistiques. Feuille 2 : variables aléatoires discrètes

ACTUARIAT 1, ACT 2121, AUTOMNE 2013 #4-5

Programmes des classes préparatoires aux Grandes Ecoles

P1 : Corrigés des exercices

Espaces probabilisés

Simulation de variables aléatoires

Probabilité. Table des matières. 1 Loi de probabilité Conditions préalables Définitions Loi équirépartie...

CALCUL DES PROBABILITES

Commun à tous les candidats

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Cours Fonctions de deux variables

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

Exemple On lance une pièce de monnaie trois fois de suite. Calculer la probabilité d obtenir exactement deux fois pile.

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

Développement décimal d un réel

Tests non-paramétriques de non-effet et d adéquation pour des covariables fonctionnelles

Licence MASS (Re-)Mise à niveau en Probabilités. Feuilles de 1 à 7

Probabilités. C. Charignon. I Cours 3

Correction du baccalauréat ES/L Métropole 20 juin 2014

Chaînes de Markov au lycée

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

Fluctuation d une fréquence selon les échantillons - Probabilités

Université Paris 8 Introduction aux probabilités Licence Informatique Exercices Ph. Guillot. 1 Ensemble fondamental loi de probabilité

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

Représentation d une distribution

CONCOURS D ENTREE A L ECOLE DE 2007 CONCOURS EXTERNE. Cinquième épreuve d admissibilité STATISTIQUE. (durée : cinq heures)

Distribution Uniforme Probabilité de Laplace Dénombrements Les Paris. Chapitre 2 Le calcul des probabilités

Souad EL Bernoussi. Groupe d Analyse Numérique et Optimisation Rabat http ://

Introduction à la théorie des files d'attente. Claude Chaudet

Calculs de probabilités conditionelles

Leçon 01 Exercices d'entraînement

Image d un intervalle par une fonction continue

ÉTUDE ASYMPTOTIQUE D UNE MARCHE ALÉATOIRE CENTRIFUGE

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

PROBABILITÉS CONDITIONNELLES

Economie de l incertain et de l information Partie 1 : Décision en incertain probabilisé Chapitre 1 : Introduction à l incertitude et théorie de

Exo7. Limites de fonctions. 1 Théorie. 2 Calculs

La simulation probabiliste avec Excel

Actuariat I ACT2121. septième séance. Arthur Charpentier. Automne charpentier.arthur@uqam.ca. http ://freakonometrics.blog.free.

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

Probabilités conditionnelles Exercices corrigés

Modèles à Événements Discrets. Réseaux de Petri Stochastiques

Arbre de probabilité(afrique) Univers - Evénement

3 Approximation de solutions d équations

Chapitre 2. Eléments pour comprendre un énoncé

PROBABILITES ET STATISTIQUE I&II

Baccalauréat ES/L Métropole La Réunion 13 septembre 2013 Corrigé

4 Distributions particulières de probabilités

Exo7. Probabilité conditionnelle. Exercices : Martine Quinio

Chapitre 1 : Évolution COURS

Estimation: intervalle de fluctuation et de confiance. Mars IREM: groupe Proba-Stat. Fluctuation. Confiance. dans les programmes comparaison

TP1 Méthodes de Monte Carlo et techniques de réduction de variance, application au pricing d options

Texte Agrégation limitée par diffusion interne

Exercice 3 (5 points) A(x) = 1-e -0039' e- 0,039x A '() -'-,..--,-,--,------:-- X = (l_e-0,039x)2

GEA II Introduction aux probabilités Poly. de révision. Lionel Darondeau

Introduction au Calcul des Probabilités

Probabilités. Une urne contient 3 billes vertes et 5 billes rouges toutes indiscernables au toucher.

Capacité d un canal Second Théorème de Shannon. Théorie de l information 1/34

Variables Aléatoires. Chapitre 2

FONCTION EXPONENTIELLE ( ) 2 = 0.

La fonction exponentielle

Fonctions de plusieurs variables

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés Corrigé

LEÇON N 7 : Schéma de Bernoulli et loi binomiale. Exemples.

Probabilités sur un univers fini

Optimisation Discrète

4. Exercices et corrigés

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

Factorisation Factoriser en utilisant un facteur commun Fiche méthode

Processus aléatoires avec application en finance

1 TD1 : rappels sur les ensembles et notion de probabilité

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

I. Polynômes de Tchebychev

Raisonnement par récurrence Suites numériques

Coefficients binomiaux

I. Introduction. 1. Objectifs. 2. Les options. a. Présentation du problème.

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

Théorie et Codage de l Information (IF01) exercices Paul Honeine Université de technologie de Troyes France

Transcription:

Convergence des variables aléatoires I) L inégalité de Bienaymé Tchebychev 1.1) L inégalité de Markov dans le cas discret On considère une variable discrète non négative, d espérance strictement positive. Soit λ un réel strictement positif. Puisque est non négative, on a Ω Appelons et les sous-ensembles de Ω définis par Ω, Ω, Ω Comme, on a 0, et donc D autre part,, Soit en divisant par 0, Or 0 On en déduit l inégalité de Markov : Exemple 1 Si, on a 3. L inégalité de Markov donne par exemple : 1 60203 1 20 si dans une urne il y a trois boules, deux noires et une blanche, indiscernables au toucher, la probabilité de devoir attendre plus de 60 tirages avec remise pour obtenir pour la première fois la boule blanche est inférieure ou égale à 5%.

Ce résultat est en fait assez imprécis, car Et donc 60 2 3 1 3 0.99999 600,00001 1.2) L inégalité de Markov dans le cas continu Soit une variable de densité nulle sur, admettant une espérance strictement positive. Soit λ un nombre réel strictement positif. On peut écrire alors La fonction est positive sur. Comme 0, on a 0 Sur l intervalle,, on a et donc Les bornes étant dans le bon ordre, on a Et donc Ce qui donne en définitive : En divisant par, on obtient : Or On retrouve l inégalité de Markov : 1 1 Exemple La durée d une communication téléphonique en minutes est une variable aléatoire continue dont on supposera qu elle suit une loi exponentielle de paramètre 1.

donc 1 10101 1 10 Dans ce modèle, la probabilité qu une communication dure plus de 10 minutes est inférieure à 0,1. Ce qui revient à dire qu il y a moins de 10% des communications dont la durée dure plus de 10 minutes. Là encore le résultat est très imprécis : 10 4.54 10 Il y a donc en réalité moins de 5 chances sur 100000 qu une communication dure plus de 10 minutes (ce qui en fait montre que ce modèle n est pas très réaliste) 1.3) L inégalité de Bienaymé Tchebychev dans le cas discret On considère une variable discrète admettant une espérance mathématique et une variance non nulle. Soit un nombre réel strictement positif. Soit la variable aléatoire définie par donc 0 dans le cas discret en appliquant l inégalité de Markov en prenant : On obtient Ce qui donne Or 1.4) L inégalité de Bienaymé Tchebychev dans le cas continu On considère une variable continue admettant une espérance mathématique et une variance non nulle. Soit une densité de probabilité de. Considérons pour 0, l ensemble défini par

Ce qui revient à dire que L ensemble peut se décrire de la façon suivante : De même donc par incompatibilité évidemment 0 Comme, alors 0 Pour, on a. Ce nombre étant négatif, on a Les bornes étant dans le bon ordre, on a : De même, on a pour, 0 Et donc Les bornes étant dans le bon ordre donc

Ce qui donne enfin On en déduit l inégalité dite de Bienaymé Tchebychev : Applications : Si 20;0,2, on a 200.24 et 200,20,83,2 ura par exemple 17343 4 3 Or d après l inégalité de Bienaymé Tchebychev, on a 4 3 3.2 9 4 30,356 4 30,644 Ou encore 170,644 Deuxième exemple : Soit la variable aléatoire donnant la note en math au concours Ecricome. On sait que par construction 10 4 ura 5155105 10 5 Or 10 5 16 25 10 5 9 25

5150,36 L inégalité de Bienaymé Tchebychev n est pas très précise, elle donne un résultat «à la louche» qui donne simplement une vague idée de la situation. Par contre, elle ne demande pas de connaître la loi de probabilité de la variable. Quand on connaît cette loi, on obtient des résultats bien meilleurs. Dans le dernier exemple, si l on sait que 10,4, on pose alors 10 4 On sait que 0,1 515 5 4 5 4 21,2510,79 Bien sûr le résultat retourné par l inégalité de Bienaymé Tchebychev est correct, mais bien peu précis. II. Convergence en probabilité Loi faible des grands nombres 2.1) Convergence en probabilité Définition On considère une suite de variables aléatoires,,, discrètes ou continues, définies sur un espace probabilisé Ω,,. Soit une variable aléatoire définie sur le même espace probabilisé. On dit que converge vers en probabilité pour signifier que 0, lim 0 On note 2.2) Moyenne empirique Définition Soit une suite de variables aléatoires définies sur un même espace probabilisé Ω,,. On définit pour tout entier, la moyenne empirique d ordre comme étant la variable aléatoire définie par : 2.3) Loi faible des grands nombres 1

Théorème Soit une suite de variables aléatoires deux à deux indépendantes et de même loi, avec pour tout, Et avec 0 0,1, 1 1 1 1 Nous admettrons le résultat suivant : Si,, sont des variables deux à deux indépendantes, alors alors par indépendance 1 1 1 1 alors avec l inégalité de Bienaymé Tchebychev, Et donc Loi faible des grands nombres 1 Soit une suite de variables aléatoires deux à deux indépendantes et de même loi, avec pour tout, Alors avec 0 0, lim 0 Ce qui prouve que la variable converge en probabilité vers la variable constante. pplique le résultat démontré à la question précédente.

Or 0 lim 0 d après le théorème des gendarmes, 0, lim 0 Exemple d application On lance une pièce bien équilibrée un grand nombre de fois. Au ième lancer, on associe la variable aléatoire qui prend la valeur 0 si le lancer donne pile et 1 s il donne face. donc 1 2 donc. En prenant ura donc 1 1 2 0, lim 1 2 0 III. Convergence en loi 3.1) Convergence en loi Définition On considère une suite de variables aléatoires définies sur un même espace probabilisé Ω,,. Soit une variable aléatoire définie sur ce même espace probabilisé. Si est une variable à densité, converge en loi vers si :, lim Si les variables et la variable suivent des lois discrètes, la convergence en loi se définit de la façon suivante : On écrit Ω, lim 3.2) Convergence de la loi binomiale vers la loi de Poisson Soit une suite de variables aléatoires telles que, On suppose que lim 0

pour tout et tout, Or pour fixé, on a pour tout 1, 1!!! 1!! donc également Or Ou encore:!! ln1 ln1 0 ln1 ln1 ln1 lim ln1 Et donc par composition des limites : lim 1 lim! On reconnaît une loi de Poisson de paramètre λ. Théorème : Soit une suite de variables aléatoires telles que, On suppose que lim 0

Alors la suite converge en loi vers une variable qui suit une loi de Poisson de paramètre λ. 3.3) Convergence de la loi hypergéométrique vers la loi binomiale On considère une suite de variables telles que,, Rappelons que cela correspond à la situation standard : une urne contient boules blanches et rouges. Elle contient une proportion de boules blanches et donc 1 de boules rouges. On extrait simultanément boules de l'urne et l'on appelle la variable aléatoire correspondant au nombre de boules blanches que nous avons parmi les extraites. Pour simplifier, on considère que est un entier. 1 Ω0, Ce qui donne De même En écrivant Et donc!!!!!!!!! 1!!!!!!!!! 1!!

!! 1 lim!!! 1 1 On reconnaît une loi binomiale de paramètres et. donc le théorème suivant Théorème On considère une suite de variables telles que,, Alors Où, 3.4) Le théorème Central Limite On sait que si Soit une suite de variables mutuellement indépendantes et de même loi, admettant une espérance et une variance, on a donc Théorème (admis) 0 1 Soit une suite de variables mutuellement indépendantes et de même loi, admettant une espérance et une variance. Soit la suite des moyennes empiriques. Alors, avec 0,1 On écrit souvent Soit en posant, avec 0,1

3.5) Approximation d'une loi binomiale par une loi normale Considérons une suite de variables telles que, Pour tout, on peut écrire sous la forme d'une somme de variables de Bernoulli de paramètres, indépendantes (et donc de même loi). avec donc 1 D'après le théorème central limite appliqué aux variables, on a, avec 0,1 1 donc, avec 0,1 1 Ou encore, avec 0,1 Cette propriété permet de trouver des valeurs approchées d'une probabilité. On considère une variable 1000;0,3 On cherche 320. Cette forme est compliquée à déterminer par le calcul direct. 300 210 On dira que 320 300 20 20 210 210 210 1,380,916 On trouverait de la même façon 3190,905 3200,011 en fait 3200,0105