Simulation dun processus de Poisson
Étude de la radioactiviténaturelle
Simulation dun processus de Poisson
1Observation dune masse de matière radioactive, hypothèses de travail
Simulation numérique du phénomène de la radioactiviténaturelle : passer dune
simple observation àla connaissance de la période dun élément radioactif en
vue dapplications comme la datation.
Dautres objectifs peuvent être visés :
1) Compréhension dun processus de modélisation et place de la simulation
informatique,
2) Etude de la loi exponentielle et application aux phénomènes dattente,
3) Rapports entre loi exponentielle et loi de Poisson, approximation binomiale de
la loi de Poisson, approximation de la loi exponentielle par une loi géométrique,
4) Ajustement dune loi, contrôle par un test du 2.
Simulation dun processus de Poisson
Un capteur enregistre les instants successifs oùlun des atomes de la masse se
désintègre (événement A). Àpartir de cette observation, on désire connaître la période
de l’élément radioactif considéré.
Première étape du processus de modélisation : formuler des «hypothèses de
travail »en vue dobtenir un modèle pseudo concret du phénomène.
Deuxième étape : transformer ces hypothèses de travail en «hypothèses de
modèle »constituant le modèle probabiliste dont les conséquences théoriques
permettront dinterpréter les données statistiques et de résoudre le problème
posé.
Hypothèses de travail:
L’événement Apeut survenir inopinément et se répéter fortuitement.
-Il ny a pas de moments oùAapparaît plus souvent que dautres : le phénomène
est homogène dans le temps.
-Les «chances »de voir Ase produire dans un intervalle de temps donné, ne
dépendent pas de ce qui sest passéauparavant : le phénomène est sans
mémoire.
- Plus cet intervalle de temps est petit, moins il y a de chance de voir Ase
produire et Ane se produit pas deux fois presque en même temps : Aest un
Simulation dun processus de Poisson
2Modèle probabiliste et résultats théoriques
Transformer ces hypothèses de nature heuristique en énoncés abstraits adaptés
aux outils probabilistes.
Hypothèses de modèle continu :
Ω est lensemble continu de tous les instants oùApeut théoriquement se produire
àpartir dun instant initial 0. Ω = ] t0, +[.
1) La probabilitéque Ase produise dans un intervalle de temps ]t, t + ∆t] ne
dépend que de ∆t (phénomène homogène). Soit p = P(∆t) cette probabilité.
2) Les apparitions de Adans deux intervalles de temps disjoints sont des
événements indépendants (phénomène sans mémoire).
3) On suppose que P(∆t) ~∆t quand ∆t 0, où> 0 est une constante (les
événements Asont rares).
Cette situation est caractérisée par le paramètre qui peut être estiméàpartir
dune statistique : on peut observer que, dans des conditions analogues, Ase
produit en moyenne fois dans un intervalle de temps unité(cadence du
phénomène).
Simulation dun processus de Poisson
La théorie probabiliste permet de déterminer :
-la loi du temps dattente X1du premier événement A,
-la loi du temps dattente Zrdu rième événement A,
-la loi du nombre N d’événements Aqui se sont produits dans une durée [0, ].
Cette situation peut être décrite par un schéma (processus) de Poisson :
A1ArAN
0 t1t2t
X1X2
Zr
- densitéde la loi de X1: fT(t) = , pour t 0. On a E[X1] = 1/ . Cest la loi
exponentielle de paramètre .
-densitéde la loi de Zr: , pour z 0. On a E[Zr] = r/ .
Cest la loi gamma (r, ).
- La loi de N est donnée par les probabilités élémentaires :
P(N = k) = , pour k IN. On a E[N] =  et Var(N) = .
Cest la loi de Poisson de paramètre .

et

fZr(z)rzr1ez
(r1)!
()k
k ! e
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