MASTER RECHERCHE « GESTION DES RISQUES EN FINANCE ET ASSURANCE »

MASTER RECHERCHE
« GESTION DES RISQUES
EN FINANCE ET ASSURANCE »
COURS DE MISE A NIVEAU
POUR ETUDIANTS ISC
COURS
D’ ECONOMETRIE
Statistiques et Econométrie - chapitre 1 : Variables aléatoires et lois de probabilité 2
Contents
Chapitre 1 : Variables aléatoires et lois de probabilité 3
A.Notionsdeprobabilité(rappels)..................................... 3
B.Variablesaléatoiresdiscrètesetabsolumentcontinues......................... 3
C.Loisusuelles................................................ 5
D.Couplesdevariablesaléatoires...................................... 6
E.Théorèmesdeconvergence ........................................ 7
Chapitre 2: Echantillonnage 8
Introduction: quelques dénitions...................................... 8
A.Moyennedéchantillon .......................................... 8
B.Proportiondéchantillon ......................................... 9
C.Variancesdansunéchantillon ...................................... 10
Chapitre 3: Estimation et tests 13
AEstimation:généralités.......................................... 13
BTests:généralités ............................................. 14
CApplications:estimationsettestsparamétriques............................ 15
D.Quelquestestsnonparamétriques.................................... 21
Chapitre 4: Régression linéaire 23
ALarégressionlinéairesimple ....................................... 23
BLemodèlederégressionmultiple..................................... 27
CPrévision(prédiction)........................................... 30
DVariablesexplicativesparticulières.................................... 31
Annexe 1 : alphabet grec et quelques utilisations typiques en statistiques ou économétrie 33
Annexe2: Calculssurlessommesdecarrés 34
Annexe 3 : Statistiques descriptives et régression linéaire simple 35
Autres “Statistiques de la régression.................................... 35
ANALYSEDEVARIANCE........................................ 35
Annexe 4 : Notations, rappels et compléments de calcul matriciel 36
Vecteursetmatricesparticuliers ...................................... 36
Transposée .................................................. 36
Produitscalaire................................................ 36
Produit d’une matrice Apar un vecteur X................................ 36
Produit de deux matrices Aet B...................................... 36
Matrice de variance-covariance d’un vecteur X.............................. 37
Statistiquesdescriptivessurunensembledevariables........................... 37
Opérations vectorielles sur espérance et variance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Statistiques et Econométrie - chapitre 1 : Variables aléatoires et lois de probabilité 3
Chapitre 1 : Variables aléatoires et lois de probabilité
A.Notionsdeprobabilité(rappels)
1)Espace probabilisé (,a,P)
:espace fondamental :ni ou inni, discret (dénombrable) ou continu
ω:événement élémentaire
@P():tribu des parties de
A@A:événement complexe (composé)
P:@[0; 1]
A7P(A)=P(ωA)loi de probabilité sur @P(A)= P
ωA
P(ω)dans la cas discret
équiprobabilité P(ω)= 1
Cardω(n’a de sens que si ni)
uniformité P(A)=Taille”(A)
Taille”()A@avec “Taille”=longueur si R; “Taille”=surface si R2
2)Axiomes de probabilités et règles de calcul des probabilités
A,0P(A)1P()=1 P()=0
si AB=∅⇒P(AB)=P(A)+P(B)
P¡A¢=1P(A)
P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)
3)Probabilités conditionnelles et indépendance
P(A/B)=P(AB)
P(B)
P(AB)=P(A/B).P (B)=P(B/A).P (A)
Aet Bindépendants P(AB)=P(A).P (B)P(A/B)=P(A)P(B/A)=P(B)
4)Théorème de Bayes
P(B/A)P(A/ B).P (B)
P(A)=P(A/ B).P (B)
P(A/ B).P (B)+P(A/ B).P (B)
B. Variables aléatoires discrètes et absolument continues
1)nitions
X:R
ω7X(ω):variable aléatoire réelle (v.a.r.) : fonction dénie par: ensemble de départ, ensem-
ble d’arrivée et correspondance : ω7X(ω)ω
X(ω)=xR=réalisation de X=valeur prise par Xune fois la tirage réalisé (et ωconnu).
X()=support de X={X(ω)}
Xdiscrète X()discret Xabsolument continue X()continu
Fonction de répartition :FX:R[0; 1]
x7FX(x)P(Xx)=P({ω/X(ω)x})
xR,0FX(x)1
FXcontinue à droite: FX(x0)= lim
dx0+FX(x0+dx)
FXcroissante (au sens large) FX(−∞)=0 FX(+)=1
Statistiques et Econométrie - chapitre 1 : Variables aléatoires et lois de probabilité 4
Cas discret Cas continu
Loidistribution de probabilité densité
PX:X()[0; 1]
x7PX(x)P(X=x)
=P
ω/X(ω)=x
P(ω)
fX:RR+
x7fX(x)F0
X(x)
=lim
dx0+
P(xXx+dx)
dx
Calcul de FXFX(x0)= P
xx0
PX(x)FX(x0)=Rx0
−∞ fX(x)dx
Espérance∗∗ µX=EX=E(X)P
xX()
xPX(x)µXR+
−∞ xfX(x)dx
Variance∗∗ VX=V(X)E³(XEX)2´=E¡X2¢(EX)2
VX=P
xX()
(xEX)2PX(x)VX=R+
−∞ (xEX)2fX(x)dx
=P
xX()
x2PX(x)(EX)2=R+
−∞ x2fX(x)dx (EX)2
Remarques: On peut considérer que PXest dénie sur R,Nou Z,avecPX(x)=0 x/X().
∗∗ Il existe des v.a.r. (discrètes ou continues) X/EXn’est pas dénie ou VXn’est pas dénie (car
la somme ou l’intégrale correspondante diverge).
Ecart-type :σX=σ(X)VX=rE³(XEX)2´
2)Probabilités et statistiques descriptives
Probabilités (théorie) Statistiques descriptives (concret)
Espace Population P
Probabilité d’un événement % de cas où l’événement est réalisé
Loi théorique (PXou fX;FX)Répartition empirique des valeurs (histogramme)
Espérance Moyenne empirique
Variance Variance empirique
* : Dans les populations de petite taille, on regroupe généralement les observations dans des classes (intervalles
de valeurs).
3)Opérations sur les v.a.r.
Soient : une v.a.r. X:Ret une fonction g:DgRImgR,ondénit la v.a.r. Y=g(X):
Y:R
ω7Y(ω)g(X(ω)) .Alors:
EX(Y)EX(g(X))
P
xX()
g(x)PX(x)si Xdiscrète
R+
−∞ g(x)fX(x)dx si Xcontinue
Attention : en général, EX(g(X)) 6=g(EX(X))
Applications:
Moment non centré d’ordre k:E¡Xk¢,pourkN
Moment centré d’ordre k:E³(XEX)k´,pourkN
4)Changement de variables
Soit Y=g(X),aveclesnotationsdu3
).Alors:
FY(y)=P(Yy)=P(g(X)y)
=FX¡g1(y)¢si ginversible (sinon, il faut rééchir au cas par cas).
fY(y)=fX(g1(y))
g0(g1(y)) si ginversible
Statistiques et Econométrie - chapitre 1 : Variables aléatoires et lois de probabilité 5
5)Propriétés de l’espérance et de la variance
Soient X:Rune v.a.r. et (a.b)R2,alors:
E(a+bX)=a+bEXet
V(a+bX)=b2VX
C. Lois usuelles
1)Cas discret
Bernoulli :XÃB(p),p[0; 1]
X()={0; 1}P(X=1)=pP(X=0)=1pEX=pVX=p. (1 p)
Binomiale :XÃB(n, p),nN,p[0; 1]
X()={0; 1; 2...n}P(X=k)=Ck
npk(1 p)nkk=0,...n
EX=np VX=np. (1 p)
Si X1,X2,...XnÃB(p)indépendantes,alorsUnn
P
i=1
XiÃB(n, p)
Poisson :XÃP(λ),λR+
X()=NP(X=k)=eλλk
k!kNEX=λVX=λ
Si XÃB(n, p),avecngrand (>20 à50)etnp petit (<5à7), alors Xsuit approximativement une loi de
Poisson (λ=np), et P(X=k)enp(np)k
k!
Si XÃB(n, p),avecnet np grands (>7à10), alors Xsuit approximativement une loi normale (µ=np,
σ2=np (1 p))
Géométrique :XÃG(p),p[0,1]
X()=NP(X=k)=p(1 p)k1kNEX=1
pVX=1
p³1
p1´=1p
p2
Hypergéométrique :XÃH(N,n1,n
2),(N,n1,n
2)N3,0<n
2<n
1<N
X()={0; 1; ...n2}P(X=k)=Ck
n2Cn1k
Nn2
Cn1
Nk=0,1,...n
2
EX=n1n2
NVX=n1n2
N¡1n1
N¢³1n21
N1´=n1n2(Nn1)(Nn2)
N2(N1) (inutile de retenir ces formules)
2)Cas continu
Uniforme :XÃUa,b,(a, b)R2,a<b
X()=[a;b]f(x)= 1
bax[a;b]EX=a+b
2VX=(ba)2
12
Normale centrée réduite :XÃN(0,1)
X()=Rf(x)=ex2
2
2πxREX=0 VX=1
Normale :XÃN¡µ, σ2¢R
2R+
X()=Rf(x)=e(xµ)2
2σ2
2πσ xREX=µVX=σ2
Attention : on trouve aussi la notation : XÃN(µ, σ)
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