Leçon 303 — Couples de variables aléatoires. Indépendance.
Points clés
Loi conjointe et lois marginales
Indépendance de variables aléatoires
Covariance et corrélation
Formule de convolution
Somme de variables aléatoires indépendantes
Plan
Loi conjointe d'un couple de variables aléatoires
Loi conjointe de [formule] : [formule] pour tout [formule]
Lois marginales par sommation : [formule]
La loi conjointe détermine les marginales, mais pas réciproquement
Indépendance de variables aléatoires
Définition : [formule] et [formule] indépendantes si [formule] pour tout [formule]
Caractérisation : [formule] et [formule] indépendantes ssi [formule] et [formule] sont indépendantes
Indépendance mutuelle d'une famille [formule]
Covariance et coefficient de corrélation
Covariance : [formule]
Coefficient de corrélation linéaire : [formule]
Inégalité de Cauchy-Schwarz : [formule], cas d'égalité
Indépendance implique non-corrélation, mais la réciproque est fausse
Formule de convolution
Loi de [formule] pour [formule] indépendantes : [formule]
Somme de variables de Poisson indépendantes : [formule]
Somme de binomiales indépendantes de même paramètre [formule]
Espérance et variance de sommes
Linéarité de l'espérance (sans hypothèse d'indépendance)
Variance d'une somme : [formule]
Cas indépendant : [formule]
Théorèmes clés
Caractérisation de l'indépendance par les fonctions génératrices : [formule] indépendantes ssi [formule] (fgp conjointe) ; la factorisation [formule] n'en est qu'une conséquence
Inégalité de Cauchy-Schwarz : [formule], avec égalité ssi [formule] et [formule] sont proportionnelles p.s.
Stabilité de la loi de Poisson par convolution : si [formule] et [formule] indépendantes, [formule]
Formule de la variance totale : [formule]
Exemples importants
Couple [formule] uniforme sur un ensemble fini : calcul de la loi conjointe et des marginales
Variables non corrélées mais non indépendantes : [formule] uniforme sur [formule], [formule]
Somme de [formule] Bernoulli indépendantes : retrouver la loi binomiale par convolution
Erreurs courantes
Confondre non-corrélation ([formule]) et indépendance
Appliquer [formule] sans vérifier l'indépendance
Oublier que la loi conjointe contient plus d'information que les deux marginales séparées
Conseils du jury
Avoir un contre-exemple clair de variables non corrélées mais dépendantes
La stabilité par convolution des lois classiques est un résultat attendu
Le jury apprécie un plan qui distingue clairement le cas discret et le cas à densité