2.1 Définition
Soit α∈]0,1[. On appelle intervalle de confiance du paramètre θ∗de niveau de confiance 1−α(ou de risque α)
un intervalle (aléatoire) Iαtel que IP(θ∗∈Iα) = 1 −α.
Un tel intervalle va être construit à partir d’un estimateur Tnde θ∗et de sa loi (éventuellement asymptotique). Pour
simplifier, nous allons distinguer ici deux cas : les échantillons gaussiens et les échantillons de loi quelconque de taille
suffisamment grande (pour pouvoir appliquer le Théorème Central Limite).
Plus le niveau de confiance 1−αest grand (plus le niveau αest petit), plus l’intervalle de confiance sera de grande
amplitude. Autrement dit, si on ne s’autorise que peu d’erreurs, l’intervalle de confiance sera moins précis.
Par ailleurs, plus la taille de l’échantillon augmente, plus l’observation contient de l’information, plus l’amplitude
de l’intervalle de confiance sera faible (à niveau de confiance égal).
3 Intervalle de confiance de l’espérance et de la variance pour les échan-
tillons gaussiens
Soit (X1,··· , Xn)un n-échantillon de loi N(µ, σ2)pour lequel on dispose des réalisations (observations) (x1,··· , xn).
3.1 Intervalle de confiance pour µquand σ2connue
On cherche un intervalle Iµ,α = [A;B], où Aet Bsont deux variables aléatoires, fonctions de X1,··· , Xntelles
que IP(µ∈Iµ,α) = 1 −α. L’espérance µest naturellement estimée par l’estimateur sans biais et consistant, X=
n−1Pn
i=1 Xi. Comme moyenne de nvariables aléatoires, indépendantes de loi N(µ, σ2),
X∼ N µ, σ2
net donc √n(X−µ)
σ∼ N(0,1).
Considérons uαtel que si Z∼ N(0,1), alors IP(−uα≤Z≤uα)=1−α, ou aussi tel que
IP(N(0,1) ≥uα) = IP(N(0,1) ≤ −uα) = α
2.
Pour ce uα, lu dans la table de la loi N(0,1), on a
IP −uα≤√n(X−µ)
σ≤uα= 1 −α.
On en déduit que
IP X−uασ
√n≤µ≤X+uασ
√n= 1 −α.
L’intervalle de confiance bilatéral symétrique théorique pour µde niveau de confiance 1−αest donc
Iµ,α =X−uασ
√n;X+uασ
√n,
où uαest tel que IP(N(0,1) ≤uα)=1−α/2.Le paramètre µappartient à l’intervalle aléatoire Iµ,α avec une pro-
babilité fixe de 1−α, c’est-à-dire que si l’on répétait un grand nombre de fois l’expérience consistant à prendre un
échantillon de taille net à lui faire correspondre un intervalle de confiance pour µ, dans (1−α)100% des cas, l’intervalle
de confiance couvrirait la vraie valeur de µ. Pour un échantillon de taille ndonné pour lequel on calcule X, l’intervalle
de confiance calculé associé de niveau de confiance 1−αest X−uασ
√n;X+uασ
√n(qui contiendra ou non µ).
Au lieu de construire un intervalle de confiance bilatère symétrique, nous aurions pu en construire un intervalle
bilatère non symétrique en considérant cαet dαtels que IP(cα≤Z≤dα)=1−α, avec par exemple
IP(Z≤cα) = α/4et IP(Z≤dα)=1−3α/4.
L’intervalle de confiance bilatère non symétrique théorique aurait été
Iµ,α =X+cασ
√n;X+dασ
√n.
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