Licence 2Probabilités

Lois normale et exponentielle

55 min15 exercicesSéquence 2.2Licence 2

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Durée : 55 min

Lois normale et exponentielle

1. Loi normale (gaussienne) N(μ,σ2)\mathcal{N}(\mu,\sigma^2)

f(x)=1σ2πe(xμ)22σ2f(x)=\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}

E[X]=μ\mathbb{E}[X]=\mu, Var(X)=σ2\text{Var}(X)=\sigma^2.

Loi normale standard : ZN(0,1)Z\sim\mathcal{N}(0,1), densité ϕ(x)=12πex2/2\phi(x)=\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-x^2/2}.

Standardisation : Si XN(μ,σ2)X\sim\mathcal{N}(\mu,\sigma^2), alors Z=XμσN(0,1)Z=\frac{X-\mu}{\sigma}\sim\mathcal{N}(0,1).

Calcul de probabilités : P(Xx)=Φ(xμσ)P(X\leq x)=\Phi\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right)Φ\Phi est la fonction de répartition de N(0,1)\mathcal{N}(0,1).

Symétrie : Φ(x)=1Φ(x)\Phi(-x)=1-\Phi(x).

2. Loi exponentielle E(λ)\mathcal{E}(\lambda)

f(x)=λeλx1x0f(x)=\lambda e^{-\lambda x}\mathbf{1}_{x\geq0}

E[X]=1/λ\mathbb{E}[X]=1/\lambda, Var(X)=1/λ2\text{Var}(X)=1/\lambda^2.

Propriété sans mémoire : P(X>s+tX>s)=P(X>t)P(X>s+t|X>s)=P(X>t).

Lien avec Poisson : si des événements arrivent selon un processus de Poisson de taux λ\lambda, le temps entre deux événements suit E(λ)\mathcal{E}(\lambda).

3. Stabilité par somme

- Si XiN(μi,σi2)X_i\sim\mathcal{N}(\mu_i,\sigma_i^2) indépendantes : XiN(μi,σi2)\sum X_i\sim\mathcal{N}(\sum\mu_i,\sum\sigma_i^2).
- Si XiE(λ)X_i\sim\mathcal{E}(\lambda) i.i.d. : i=1nXiGamma(n,λ)\sum_{i=1}^n X_i\sim\text{Gamma}(n,\lambda).

Exercices

Pour XN(0,1)X\sim\mathcal{N}(0,1), P(X0)P(X\leq0) vaut :

Vrai ou faux : Si XN(2,9)X\sim\mathcal{N}(2,9), alors (X2)/3N(0,1)(X-2)/3\sim\mathcal{N}(0,1).

Pour XE(2)X\sim\mathcal{E}(2), E[X]\mathbb{E}[X] vaut :

Vrai ou faux : La loi normale N(μ,σ2)\mathcal{N}(\mu,\sigma^2) est symétrique autour de μ\mu.

Calculer P(X3)P(X\leq3) pour XE(1)X\sim\mathcal{E}(1).

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