Soient ω∈]0,1[,ε > 0et xun élément de Dvérifiant Y(ω)−ε<x<Y(ω). Par définition
de Y F (x)< ω ; donc pour nassez grand Fn(x)< ω, ou de façon équivalente x<Yn(ω).
En conséquence pour nassez grand Y(ω)−ε < x < Yn(ω); d’où limYn(ω)≥Y(ω)−ε,
puis limYn(ω)≥Y(ω).
Soient ω0∈]0,1[ et yun élément de Dvérifiant ω < ω0et Y(ω0)< y < Y (ω0) + ε.
Comme ω < ω0≤F[Y(ω0)] ≤F(y), pour nassez grand ω≤Fn(y). Donc pour nassez
grand Yn(ω)≤y < Y (ω0) + ε, qui entraîne limYn(ω)≤Y(ω0).
Puisque pour tout couple ω, ω0∈]0,1[ vérifiant ω < ω0on a Y(ω)≤limYn(ω)≤
limYn(ω)≤Y(ω0), en tout point ωen lequel Yest continue on a l’égalité lim
n→∞Yn(ω) =
Y(ω). L’application Yétant croissante, l’ensemble DYde ses points de discontinuité est
fini ou dénombrable. Définissons des variables aléatoires Xnet Xpar :
- si ω∈ DYXn(ω) = X(ω) = 0
- si ω /∈ DYXn(ω) = Yn(ω)et X(ω) = Y(ω).
La suite (Xn)n≥1converge partout vers X. De plus l’ensemble DYétant de mesure de
Lebesgue nulle, PXn=PYn=µnet PX=PY=µ.
Proposition 3
Soit (µn)n≥1une suite de probabilités sur R, dont la suite associée de fonctions de
répartition est (Fn)n, et soit µune probabilité sur Rde fonction de répartition F. Les
conditions suivantes sont équivalentes :
1) la suite (µn)n≥1converge en loi vers µ
2) en tout point de continuité xde Flim
n→∞Fn(x) = F(x)
3) il existe une partie dense Dde Rtelle que pour tout x∈ D lim
n→∞Fn(x) = F(x).
Preuve
1) ⇒2)
Supposons que la suite (µn)n≥1converge en loi vers µ. Fixons un point de continuité
xde F. Soit ε > 0; il existe un réel η > 0pour lequel F(x+η)−F(x−η)≤ε. Définissons
deux applications continues f1et f2de Rdans [0,1] par :
-∀y≤x−η f1(y)=1;∀y≥x f1(y) = 0 ;f1est affine sur l’intervalle [x−η, x]
-∀y≤x f2(y) = 1 ;∀y≥x+η f2(y)=0;f2est affine sur l’intervalle [x, x +η].
On vérifie sans peine les inégalités f1≤1]−∞,x]≤f2et f2−f1≤1]x−η,x+η[.
On en déduit les inégalités
Z(f2−f1)dµ ≤Z1]x−η,x+]dµ =F(x+η)−F(x−η)≤ε
et Zf1dµ ≤Z1]−∞,x]dµ =F(x)≤Zf2dµ.
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