Lois à densité, pour les nuls

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Sulaheia

Lois à densité, pour les nuls

par Sulaheia » 30 Nov 2017, 16:16

Bonjour,

Je me mets aux lois à densité mais ce chapitre n'existait pas quand j'ai passé le bac, alors je découvre. Du coup je voudrais être sûre de bien comprendre et je pose quelques questions sur cet exercice simple :

Soit a un réel strictement positif, et la fonction f définie sur [0;1] par .
- Déterminer la valeur de a telle que f soit une fonction de densité sur [0;1]
J'ai trouvé 3 en utilisant une primitive () et en calculant l'intégrale. Est-ce que c'est juste, et est-ce que c'est nécessaire de passer par la primitive sur un exercice comme ça ?
- Soit X la variable aléatoire qui suit la loi de densité f pour la valeur de a trouvée à la question précédente. Calculer les probabilités suivantes :




Là pareil, j'ai calculé des intégrales, sauf pour le dernier (j'aurais tendance à répondre P = 1 sans faire de calcul). C'est juste ? C'est la bonne manière ?

Merci !



pascal16
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Re: Lois à densité, pour les nuls

par pascal16 » 30 Nov 2017, 17:24

sans primitive, comment sais-tu que ?
Donc, oui, on passe par l'intégrale, c'est un classique de QCM de BAC.



la première égalité par la formule des proba conditionnelles
la seconde par inclusion des ensembles considérés

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Lostounet
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Re: Lois à densité, pour les nuls

par Lostounet » 30 Nov 2017, 17:31

Sulaheia a écrit:et en calculant l'intégrale. Est-ce que c'est juste, et est-ce que c'est nécessaire de passer par la primitive sur un exercice comme ça ?
- !


Hi,
Disons que quand on peut utiliser une primitive usuelle simple, c'est une grande chance à ne pas louper!
Mais des fois on n'a pas cette chance: par exemple si X suit la loi normale N(0;1) de densité sur R p(x)=a*exp(-x^2/2)

Si tu essayes de trouver a en passant par une primitive tu vas bien galérer pour montrer que a=1/racine(2pi). Car la fonction exp(-x^2) n'a pas de primitive usuelle!

Pour calculer l'intégrale quand même on peut avoir recours à des méthodes plus astucieuses ou subtiles comme la duplication et le changement de variable polaire ou en passant par la fonction gamma et la particularisant (en utilisant la formule de réflexion ou la transformée de Mellin) etc..
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Sulaheia

Re: Lois à densité, pour les nuls

par Sulaheia » 01 Déc 2017, 07:41

Merci à tous les deux pour vos réponses.

Lostounet, je ne comprends pas tout ce que tu dis, même avec google pour m'expliquer un peu, mais j'aime bien savoir qu'il y a d'autres choses après - ça me motive pour découvrir la suite.
En fait j'ai fait des maths après le bac, donc je devrais savoir tout ça - peut être que j'aurais dû aller en cours de temps en temps :).

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Re: Lois à densité, pour les nuls

par Lostounet » 01 Déc 2017, 09:18

Sulaheia a écrit:Merci à tous les deux pour vos réponses.

Lostounet, je ne comprends pas tout ce que tu dis, même avec google pour m'expliquer un peu, mais j'aime bien savoir qu'il y a d'autres choses après - ça me motive pour découvrir la suite.
En fait j'ai fait des maths après le bac, donc je devrais savoir tout ça - peut être que j'aurais dû aller en cours de temps en temps :).



Je vais essayer de détailler un peu. Voici une méthode "élémentaire" qui permet de trouver rapidement la valeur de a (relativement aux autres méthodes...)

Par exemple, si X suit la loi normale N(0 ; 1), nous savons qu'elle possède une densité sur R (non sur un segment comme pour tout exercice) de la forme:
avec a une certaine constante à trouver.

Donc en utilisant la méthode que tu as dit, c'est à dire qu'on cherche à trouver la valeur de a en calculant l'intégrale de p(x) sur le domaine (donc ici R), on veut donc calculer:

On doit donc choisir a pour que ce soit effectivement une densité:

Malheureusement, on est ici bloqué vu que la fonction exp(-x^2)/2 n'a pas de primitive (avec les fonctions usuelles). Donc on va quand même essayer de calculer de calculer l'intégrale sans primitiver directement.
Notons alors I l'intégrale:

Vu que la variable d'intégration est muette, on pourrait aussi dire

Maintenant l'astuce consiste à multiplier membre à membre ces deux équations:


Maintenant il existe un théorème (de Fubini-Tonelli), qui nous dit que si les deux intégrales sont "indépendantes" on peut regrouper de la manière suivante:




C'est ici qu'on va opérer: x^2 + y^2 rappelle l'équation d'un cercle ! Quand x et y décrivent R, les x^2 + y^2 "sont des cercles" de rayon disons r et on peut dire que
pour . Donc plutot que x et y décrivent R et R, on peut essayer de faire décrire r et theta, R+ et [0 ; 2pi], c'est exactement le même domaine d'intégration. Cela s'appelle changement de variable polaire.
Ce qui signifie (on pourra revenir sur les deux lignes en détail si jamais)



Et que r décrit R+ et theta décrit [0 ; 2pi]

Ce qui implique:


Rebelote avec le théorème qui permet de séparer les intégrales ! Mais dans l'autre sens:




Et cette fois-ci nous disposons d'une primitive pour l'intégrale à droite grâce au r qui est apparu dans le changement de variable


Donc:

Alors


Ainsi pour que p(x) soit une densité il faut choisir
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Sulaheia

Re: Lois à densité, pour les nuls

par Sulaheia » 01 Déc 2017, 15:57

@Lostounet, merci beaucoup d'avoir pris le temps d'expliquer tout ça. L'avantage de ne rien connaître en maths, c'est qu'à chaque fois qu'on m'explique un truc je trouve ça génial :)

infernaleur
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Re: Lois à densité, pour les nuls

par infernaleur » 01 Déc 2017, 21:41

Merci lostounet pour ce message, je viens de découvrir les intégrales multiples et tu viens de m'apprendre une jolie méthode ^^
Je pensais pas que l'on pouvait trouver la valeur de l'intégrale de Gauss aussi rapidement (notre prof nous avait fait un petit exercice dessus avec des changement de variables astucieux).

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Re: Lois à densité, pour les nuls

par Lostounet » 01 Déc 2017, 22:02

infernaleur a écrit:Merci lostounet pour ce message, je viens de découvrir les intégrales multiples et tu viens de m'apprendre une jolie méthode ^^
Je pensais pas que l'on pouvait trouver la valeur de l'intégrale de Gauss aussi rapidement (notre prof nous avait fait un petit exercice dessus avec des changement de variables astucieux).


Hey
N'oublie pas d'expliciter le passage que j'ai réussi à camoufler qui consiste à prendre la valeur absolue du déterminant de la jacobienne pour trouver dr et dt en fonction de dxdy :)
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Re: Lois à densité, pour les nuls

par infernaleur » 01 Déc 2017, 22:15

Oui t'inquiète pas (j'avais oublier lors d'un devoir la valeur absolue mais je pense que je l'oublierais plus maintenant ^^). Mais ce que j'ai bien aimé c'est le fait de multiplier les intégrales en utilisant le fait que les x et y sont des variables muettes.
Mais j'ai juste une petite question, que veut dire:
" les deux intégrales sont indépendantes"

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Re: Lois à densité, pour les nuls

par Lostounet » 01 Déc 2017, 22:24

C'est un raccourci abusif :p pour dire que les hypothèses du théorème de Fubini Tonelli sont vérifiées. Si on veut être rigoureux il faut justifier l'existence de I déjà, puis voir en terme de positivité / mesurabilité.
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infernaleur
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Re: Lois à densité, pour les nuls

par infernaleur » 01 Déc 2017, 22:35

Parce que le théorème de Fubini que j'ai vu moi c'est celui la :
soit f une fonction continue sur et à valeurs dans R ou C:
On a
Et toi je penses que tu as utilisé une variante et je voulais justement savoir quelles sont les hypothèses.

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Re: Lois à densité, pour les nuls

par Lostounet » 02 Déc 2017, 14:46

infernaleur a écrit:Parce que le théorème de Fubini que j'ai vu moi c'est celui la :
soit f une fonction continue sur et à valeurs dans R ou C:
On a
Et toi je penses que tu as utilisé une variante et je voulais justement savoir quelles sont les hypothèses.


Cette version est la plus soft. Mais ici effectivement on n'est pas sur un compactmais .
Il existe plusieurs versions des théorèmes de Fubini-Tonelli (selon des hypothèses différentes) mais on peut opter pour "la plus simple" qui dit que:

Soit (X, A, μ) et (Y, B, ν) deux espaces mesurés, avec des mesures -finies (c'est le cas ici car on munitde la mesure de Lebesgue). La fonction définie sur
à valeurs danspar est continue donc mesurable, et positive.

Alors:
Image
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