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201 Variables aléatoires discrètes. Exemples 2013 ´2014
Pré-requis : Séries à termes réels, Dénombrement, Tribus, Espaces probabilisés et généralité sur les v.a.r. Notations :
p, A, pqune espace probabilisé.
I Définition et Propriétés
Une variable aléatoire discrète Xest une application de dans RXpqest fini ou dénombrable.
On note : Xpq“txi{iPIu
Définition : Variable aléatoire discrète
On nomme loi de probabilité de la variable aléatoire discrète X, l’ensemble des couples pxi, piqiPItels que :
"xiPXpq
piPpXxiq
Définition : Loi de probabilité
1. ÿ
iPI
PpXxiq “ 1
2. @iPI,PpXxiq ě 0
Propriété : Loi de probabilité
Exemples :
Loi Bernoulli Bppq, Binomiale Bpn, pq, Hypergéométrique HpN, n, pq, Géométrique Gppqet Poisson Ppλq.
Si gest une fonction numérique définie sur Xpqalors YgpXqest une v.a.r.d et :
Ypq“tyPR{DiPItq ygpxiqu
@yPYpq,PpYyq “ ÿ
i{gpxiq“y
PpXxiq
Propriété : Loi d’une fonction de v.a.r.d
On nomme fonction de répartition de X, la fonction Fde Rdans R:xÞÑ Fpxq “ PpXďxq “ ÿ
xiďx
PpXxiq
Définition : Fonction de répartition
1. @xPR,FpxqPr0; 1s
2. Fest croissante sur Ret continue à droite.
3. lim
xÑ´8 Fpxq “ 0et lim
xÑ`8 Fpxq “ 1
4. @pa, bq P R2,Ppaăxďbq “ Fpbq ´ Fpaq
Propriétés de la fonction de répartition
Si Xpq“pxiqiPN˚dans l’ordre croissant alors PpXx1q “ Fpx1qet @ią1,PpXxiq “ Fpxiq ´ Fpxi´1q
Théorème
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II Espérance, variance et écart-type
Si Iest fini ou ÿ
iPI
xiPpXxiqconverge absolument, alors on nomme espérance de X la valeur de :
EpXq “ ÿ
iPI
xiPpXxiq
Définition : Espérance
Exemples :
Loi Bernoulli Bppq, Binomiale Bpn, pq, Hypergéométrique HpN, n, pq, Géométrique Gppqet Poisson Ppλq.
Contre-exemple : PpX3kq “ 2
3k`1avec kPN(N’admet pas d’espérance)
Si Iest fini ou si ÿ
iPI
gpxiqPpXxiqconverge absolument alors la v.a.r.d gpXqadmet une espérance et :
EpgpXqq “ ÿ
iPI
gpxiqPpXxiq
Théorème de transfert
Ex : Si X2admet une espérance, alors EpX2q “ ÿ
iPI
x2
iPpXxiq
Soit Xune variable aléatoire à valeurs dans N.
On définit sa fonction génératrice GXpar : GXpsq “ Epskq “ ÿ
kPI
skPpXkqpour sdans le disque ouvert de convergence
de la série entière.
Définition : Fonction génératrice
Exemples : Loi Bernoulli Bppq, Binomiale Bpn, pq, Géométrique Gppqet Poisson Ppλq.
‚ @kPN,PpXkq “ Gpkq
X
k!
Si le rayon de convergence est >1 alors EpXq “ G1
Xp1q
Propriétés de la fonction génératrice
Si Iest fini ou si ÿ
iPIpxi´Epxqq2PpXxiqconverge absolument alors on nomme variance de X la valeur de :
VpXq “ ÿ
iPIpxi´Epxqq2PpXxiq
et écart-type de X:σpXq “ aVpXq
Définition : Variance et écart-type
Exemples : Loi Bernoulli Bppq, Binomiale Bpn, pq, Hypergéométrique HpN, n, pq, Géométrique Gppqet Poisson Ppλq.
Si X2admet une espérance alors VpXq “ EpX2q´pEpXqq2
Théorème
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Si Xadmet une espérance et une variance alors pour tout pa, bq P R2,aX `badmet une espérance et une variance et
EpaX `bq “ aEpXq ` b V paX `bq “ a2VpXq
Si Xet Yadmettent une espérance alors EpX`Yq “ EpXq ` EpYq
Si Xet Yadmettent une variance et sont indépendantes alors VpX`Yq “ VpXq ` VpYq
Propriétés
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III Exemples
Uniforme Bernouilli Binomiale Hypergéométrique Géométrique Poisson
Notation Upr|1; n|sq BppqBpn, pqHpN, n, pqGppqPpλq,λą0
Xpq r|1; n|s t0; 1u r|0; n|s r|Maxp0; n´Np1´pqq;minpn;Npq|s N˚N
Loi PpXiq “ 1
nPpX1q “ pet PpX01´pqCn
kpkp1´pqn´kCNp
kCNp1´pq
n´k
CN
n
pp1´pqk´1e´λλk
k!
EpXqn`1
2p np np 1
pλ
VpXqn2´1
2pp1´pqnpp1´pqN´m
N´1npp1´pq1
p2p1´pqλ
σpXqcn2´1
2app1´pqanpp1´pqcN´m
N´1npp1´pqc1
p2p1´pq?λ
GXpsq1
n`1
1´sn`1
1´s1´p`ps p1´p`psqnps
1´ p1´pqse´λp1´sq
Définition : Convergence en loi
Définition : Soient pXnqnPNune suite de v.a.r.d. et Xune v.a.r.d sur un même espace probabilisé. On note Fnla fonction de répartition de Xnet Fla fonction de
répartition de X.On dit que pXnqconverge en loi vers pXqsi : lim
nÑ`8 Fnpxq “ Fpxqen tout point de continuité de F.
Théorème 1 : Bˆn, λ
n˙ÝÑ
Loi PpλqThéorème 2 : H´N, n, pq ÝÑ
Loi Bpn, pq
Théorème
Bibliographie : Escoffier / Bréal ECS 1ère année / Ouvrard / Ellipse ISTAS / Probabilités pour scientifiques et ingénieurs Bogaert
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