Leçon 305 — Variables aléatoires à densité. Exemples et applications.
Points clés
Densité de probabilité et loi absolument continue
Calcul d'espérance par intégration
Lois classiques à densité : uniforme, exponentielle, gaussienne
Changement de variable et loi de fonctions de v.a.
Couples de variables à densité
Plan
Variables aléatoires à densité
Définition : [formule] admet une densité [formule] si [formule] pour tout borélien [formule]
Conditions sur [formule] : [formule] et [formule]
Fonction de répartition : [formule], dérivable p.p. avec [formule] p.p.
Espérance et moments
Espérance : [formule]
Formule de transfert : [formule]
Moments d'ordre [formule] : [formule]
Lois classiques à densité
Loi uniforme [formule] : [formule]
Loi exponentielle [formule] : [formule], propriété d'absence de mémoire
Loi normale [formule] : [formule]
Loi gamma [formule] et loi du [formule]
Changement de variable
Si [formule] avec [formule] un [formule]-difféomorphisme : [formule]
Cas non bijectif : somme des contributions sur chaque branche
Méthode de la fonction de répartition : [formule]
Couples de variables à densité
Densité conjointe [formule] et densités marginales par intégration
Indépendance : [formule]
Densité de [formule] par convolution : [formule]
Applications
Simulation : méthode de l'inverse [formule] avec [formule]
Stabilité de la loi normale par somme indépendante
Loi du maximum et du minimum de [formule] v.a. i.i.d.
Théorèmes clés
Formule de changement de variable : si [formule] est un [formule]-difféomorphisme et [formule] a pour densité [formule], alors [formule] a pour densité [formule]
Convolution des densités : si [formule] sont indépendantes de densités [formule], alors [formule] a pour densité [formule]
Stabilité de la loi normale : si [formule] et [formule] indépendantes, [formule]
Méthode de l'inverse : si [formule] et [formule] est une f.d.r. continue strictement croissante, alors [formule] a pour f.d.r. [formule]
Exemples importants
Loi exponentielle et propriété d'absence de mémoire : [formule]
Somme de deux exponentielles indépendantes de même paramètre [formule] : loi gamma [formule]
Loi de [formule] pour [formule] : loi du [formule] à [formule] degré de liberté
Simulation d'une loi exponentielle : [formule]
Erreurs courantes
Oublier le jacobien (la valeur absolue de la dérivée) lors d'un changement de variable
Confondre densité et probabilité ponctuelle : [formule] pour une v.a. à densité
Écrire [formule] au lieu de [formule]
Conseils du jury
La méthode de changement de variable est un outil fondamental : s'entraîner sur de nombreux exemples
Savoir démontrer la stabilité de la loi normale par fonctions caractéristiques ou par convolution
Le jury apprécie qu'on illustre la simulation par la méthode de l'inverse