Leçon 307 — Convergence des variables aléatoires. Modes de convergence.
Points clés
Convergence presque sûre
Convergence en probabilité
Convergence en loi
Convergence dans [formule]
Implications entre les modes de convergence
Plan
Convergence presque sûre
Définition : [formule]
Caractérisation : [formule], [formule]
Critère de Borel-Cantelli : si [formule] pour tout [formule]
Convergence en probabilité
Définition : [formule], [formule]
Convergence p.s. implique convergence en probabilité
Réciproque partielle : de toute suite convergeant en probabilité, on peut extraire une sous-suite convergeant p.s.
Convergence dans [formule]
Définition : [formule]
Convergence [formule] implique convergence en probabilité (Markov)
Convergence [formule] implique convergence [formule] pour [formule] (Jensen)
Théorème de convergence dominée comme outil
Convergence en loi
Définition : [formule] en tout point de continuité de [formule]
Caractérisation par les fonctions caractéristiques (Lévy)
Convergence en probabilité implique convergence en loi (réciproque fausse en général)
Relations entre les modes de convergence
Hiérarchie : p.s. [formule] proba [formule] loi ; [formule] proba
Contre-exemples pour les réciproques
Théorème de Scheffé : convergence des densités implique convergence en loi
Compléments : Slutsky et applications
Théorème de Slutsky : si [formule] et [formule], alors [formule]
Application au TCL avec variance estimée
Méthode delta : [formule] et sa loi asymptotique
Théorèmes clés
Hiérarchie des convergences : convergence p.s. [formule] convergence en probabilité [formule] convergence en loi, et convergence [formule] convergence en probabilité
Théorème de Slutsky : si [formule] et [formule] (constante), alors [formule] et [formule]
Théorème de Scheffé : si [formule] p.p. (densités), alors [formule]
Théorème de sous-suite : [formule] ssi de toute sous-suite on peut extraire une sous-sous-suite convergeant p.s.
Exemples importants
Convergence en probabilité mais pas p.s. : indicatrices d'intervalles glissants [formule] sur [formule]
Convergence en loi mais pas en probabilité : [formule] i.i.d. converge en loi vers [formule] mais pas en probabilité
Convergence p.s. mais pas [formule] : [formule] converge p.s. vers [formule] mais [formule]
Erreurs courantes
Croire que convergence en loi implique convergence en probabilité
Oublier que la convergence [formule] n'implique pas la convergence p.s.
Confondre convergence en loi vers une constante et convergence en probabilité vers cette constante (qui sont équivalentes)
Conseils du jury
Avoir un diagramme clair des implications entre les modes de convergence avec les contre-exemples
Le théorème de Slutsky est souvent négligé mais très utile en statistique
Le jury apprécie des contre-exemples précis et bien expliqués