TD — Variables aléatoires discrètes infinies
Chapitre 06
ECS (2e année) — TD du Chapitre 06. Tribus, espaces probabilisés, lois géométrique et de Poisson, fonctions génératrices.
Exercice 1
Montrer que les applications suivantes sont des tribus :
- \{\varnothing, \Omega\} sur un ensemble \Omega.
- \mathcal{P}(\Omega) sur un ensemble \Omega.
- \{A \subset \mathbb{Z} \mid A \text{ est fini ou } \mathbb{Z} \setminus A \text{ est fini}\}.
Exercice 2
Une variable aléatoire X suit la loi géométrique de paramètre p \in ]0,1[.
- Vérifier que \sum_{k=1}^{+\infty} p(1-p)^{k-1} = 1.
- Calculer E(X) et V(X).
- Montrer la propriété d’absence de mémoire : P(X > n + k \mid X > k) = P(X > n).
Exercice 3
Une variable aléatoire X suit la loi de Poisson de paramètre \lambda > 0.
- Vérifier que \sum_{k=0}^{+\infty} e^{-\lambda} \frac{\lambda^k}{k!} = 1.
- Calculer E(X) et V(X).
- Montrer que si X \hookrightarrow \mathcal{P}(\lambda_1) et Y \hookrightarrow \mathcal{P}(\lambda_2) sont indépendantes, alors X + Y \hookrightarrow \mathcal{P}(\lambda_1 + \lambda_2).
Exercice 4
Soit X une variable aléatoire à valeurs dans \mathbb{N} de fonction génératrice G_X(s) = \frac{1}{2-s}.
- Déterminer la loi de X.
- Calculer E(X) et V(X) à partir de G_X.
Exercice 5
Soit X une variable aléatoire à valeurs dans \mathbb{N} de fonction génératrice G_X(s) = e^{\lambda(s-1)}.
- Montrer que X suit la loi de Poisson de paramètre \lambda.
- Calculer E(X) et V(X) à partir de G_X.
Exercice 6
On lance une pièce équilibrée jusqu’à obtenir pile. Soit X le nombre de lancers nécessaires.
- Déterminer la loi de X.
- Calculer E(X) et V(X).
- Calculer P(X > 5).
Exercice 7
Soit X une variable aléatoire à valeurs dans \mathbb{N} de fonction génératrice G_X. Montrer que :
- G_X(1) = 1.
- Si X admet une espérance, alors E(X) = G_X'(1).
- Si X admet un moment d’ordre 2, alors V(X) = G_X''(1) + G_X'(1) - (G_X'(1))^2.
Exercice 8
Soit X une variable aléatoire à valeurs dans \mathbb{N} telle que P(X = k) = \frac{c}{k!} pour k \geq 0.
- Déterminer la constante c.
- Quelle loi suit X ?
- Calculer E(X) et V(X).
Exercice 9
Montrer que si (X_n) est une suite de variables aléatoires telles que X_n \hookrightarrow \mathcal{B}(n, \lambda/n), alors X_n converge en loi vers \mathcal{P}(\lambda).
Indication : Calculer la fonction génératrice de X_n et montrer qu’elle converge vers e^{\lambda(s-1)}.
Exercice 10
Soit X une variable aléatoire suivant la loi géométrique de paramètre p.
- Déterminer la fonction génératrice G_X(s).
- En déduire E(X) et V(X).
- Montrer que P(X > n) = (1-p)^n.