Christophe Bertault — Mathématiques en MPSI
Exemple On choisit un entier Xau hasard entre 1 et 2n. On pose : Y=X
2. Quelle est la loi de Y?
En effet On choisit pour univers Ωl’ensemble ¹1,2nºet pour probabilité Psur Ωla probabilité uniforme. La
variable Xa pour image ¹1,2nºet pour tout i∈¹1, 2nº:X=i=i, donc : P(X=i) = 1
2n.
Quant à Y, son image est l’ensemble ¹0, nºet pour tout j∈¹0, nº:P(Y=j) = X
1¶i¶2n,j=i
2
P(X=i).
Conclusion : P(Y=0) = P(X=1) = 1
2n,P(Y=n) = P(X=2n) = 1
2net pour tout j∈¹1, n−1º:
P(Y=j) = P(X=2j) + P(X=2j+1) = 1
2n+1
2n=1
n.
1.2 ESPÉRANCE D’UNE VARIABLE ALÉATOIRE RÉELLE
Définition (Espérance d’une variable aléatoire réelle) Soit Xune variable aléatoire réelle sur Ω.
•On appelle espérance de X le réel : E(X) = X
x∈X(Ω)
P(X=x)x.
•On dit que Xest centrée si : E(X) = 0.
Explication L’espérance de Xest une moyenne des valeurs de X, donc un indicateur de position. Précisément,
chaque valeur x,xdécrivant X(Ω), s’y trouve comptabilisée en proportion de sa probabilité d’occurrence P(X=x). Ainsi,
plus P(X=x)est proche de 1, plus xa d’importance dans le calcul.
Exemple On reprend l’exemple du lancer d’un dé à 6 faces 2 fois où nous avons noté X1la valeur obtenue au premier
lancer. Que vaut l’espérance de X1?
En effet Pour tout i∈¹1, 6º:P(X1=i) = 1
6, donc : E(X1) =
6
X
i=1
P(X1=i)i=1
6
6
X
i=1
i=1
6×6×7
2=7
2.
Théorème (Propriétés de l’espérance) Soient Xet Ydeux variables aléatoires réelles sur Ω.
(i) Une autre expression : E(X) = X
ω∈Ω
PωX(ω).
(ii) Linéarité : Pour tous λ,µ∈R: E(λX+µY) = λE(X) + µE(Y).
(iii) Positivité : Si X¾0, alors E(X)¾0. Croissance : Si X¶Y, alors E(X)¶E(Y).
(iv) Inégalité triangulaire : E(X)¶E|X|.
Démonstration
(i) Les événements X=x,xdécrivant X(Ω), forment un système complet d’événements, donc :
X
ω∈Ω
PωX(ω) = X
x∈X(Ω)X
ω∈{X=x}
PωX(ω) = X
x∈X(Ω) X
ω∈{X=x}
Pω!x=X
x∈X(Ω)
P(X=x)x=E(X).
(ii) E(λX+µY) = X
ω∈Ω
Pω(λX+µY)(ω) = λX
ω∈Ω
PωX(ω) + µX
ω∈Ω
PωY(ω) = λE(X) + µE(Y).
(iii) Positivité évidente par définition de l’espérance. Pour la croissance, si X¶Y, alors : Y−X¾0,
donc par linéarité : E(Y)−E(X) = E(Y−X)¾0.
(iv) Conséquence de la croissance, sachant que : −|X|¶X¶|X|.
Exemple Soit m∈R. Si on considère mcomme une variable aléatoire constante sur Ω, alors : E(m) = m.
En effet Afin d’y voir clair, notons Xla variable aléatoire constante de valeur msur Ω. Dans ces conditions :
X(Ω) = met P(X=m) = P(Ω) = 1, donc : E(X) = m×1=m.
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