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Variables aléatoires discrètes et continues

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Une variable aléatoire $X$ est une application qui associe à chaque issue d'une expérience aléatoire un nombre réel.

  • Cas discret : $X(\Omega) = {x_1, x_2, ..., x_n}$. La loi est définie par $P(X=x_i) = p_i$ avec $\sum p_i = 1$.
  • Espérance : $E(X) = \sum_{i=1}^n x_i p_i$.
  • Variance : $V(X) = E(X^2) - (E(X))^2$ où $E(X^2) = \sum x_i^2 p_i$.
  • Écart-type : $\sigma(X) = \sqrt{V(X)}$.
  • Cas continu : $X$ prend ses valeurs dans un intervalle $[a, b]$. La probabilité est donnée par une fonction de densité $f$ telle que $\int_a^b f(x) dx = 1$. $P(c \leq X \leq d) = \int_c^d f(x) dx$.

Méthodes à maîtriser

  1. Construction d'une loi de probabilité : Dresser un tableau avec les valeurs $x_i$ et les probabilités $p_i$ correspondantes.
  2. Calcul des paramètres : Toujours calculer $E(X)$ avant $V(X)$ pour éviter les erreurs de signe.
  3. Calcul d'intégrales : Pour le cas continu, maîtriser les primitives usuelles pour calculer $P(a \leq X \leq b)$.

Exemples corrigés

Exemple discret : Un dé équilibré. $X$ est le numéro sorti. $E(X) = \frac{1+2+3+4+5+6}{6} = 3,5$. Exemple continu : $f(x) = \frac{1}{2}x$ sur $[0, 2]$. $P(0 \leq X \leq 1) = \int_0^1 \frac{1}{2}x dx = [\frac{1}{4}x^2]_0^1 = 0,25$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier que la somme des probabilités doit être égale à 1.
  • Confondre $E(X^2)$ et $(E(X))^2$ lors du calcul de la variance.
  • Dans le cas continu, oublier que $P(X=a) = 0$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Variables aléatoires discrètes et continues

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Pour une variable aléatoire discrète, la somme des probabilités est toujours égale à :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que l'ordre des valeurs dans le tableau de loi compte ?

Non, l'ordre n'a pas d'importance pour le calcul, mais il est préférable de les ranger par ordre croissant pour plus de lisibilité.

💡 À retenir : La rigueur facilite la correction.

Comment calculer P(X a) dans le cas continu ?

On utilise la propriété de l'événement contraire : $P(X > a) = 1 - P(X \leq a)$.

💡 À retenir : La somme totale des probabilités est toujours 1.

Kifach n7seb l'espérance mathématique f'variable discret ?

Pour calculer l'espérance $E(X)$, tu multiplies chaque valeur $x_i$ par sa probabilité $p_i$, puis tu fais la somme de tous ces produits : $E(X) = x_1p_1 + x_2p_2 + ... + x_np_n$.

💡 À retenir : L'espérance est la valeur moyenne théorique.

Chno l'farq bin variable discret o variable continu ?
  1. Le variable discret prend des valeurs isolées (ex: 1, 2, 3).
  2. Le variable continu prend toutes les valeurs d'un intervalle (ex: entre 1 et 2, il y a une infinité de nombres).

💡 À retenir : Discret = comptage, Continu = mesure.

Kifach n3ref wach l'loi dial l'ihtimal s7i7a ?

Il faut vérifier deux conditions :

  1. Chaque probabilité $p_i$ doit être comprise entre 0 et 1 ($0 \leq p_i \leq 1$).
  2. La somme de toutes les probabilités doit être égale à 1 ($\sum p_i = 1$).

💡 À retenir : Si la somme est différente de 1, le tableau est faux.

Pourquoi la variance est toujours positive ?

La variance mesure la dispersion des valeurs autour de la moyenne. Comme elle est calculée à partir de carrés d'écarts $(x_i - E(X))^2$, le résultat est mathématiquement toujours positif ou nul.

💡 À retenir : Une variance négative indique une erreur de calcul.

Est-ce que P(X=a) est toujours égal à 0 pour une variable continue ?

Oui, car pour une variable continue, la probabilité est représentée par l'aire sous la courbe. L'aire d'un segment (une ligne) est nulle.

💡 À retenir : Pour le continu, on calcule toujours $P(a \leq X \leq b)$.

Comment interpréter l'écart-type ?

L'écart-type indique si les valeurs sont proches de la moyenne (faible écart-type) ou très dispersées (grand écart-type).

💡 À retenir : Plus il est petit, plus les données sont homogènes.

Est-ce que l'espérance peut être négative ?

Oui, si les valeurs prises par la variable aléatoire $X$ sont négatives, l'espérance sera négative.

💡 À retenir : L'espérance suit le signe des valeurs de $X$.

C'est quoi la fonction de répartition ?

C'est la fonction $F(x) = P(X \leq x)$. Elle permet de calculer la probabilité cumulée jusqu'à une valeur donnée.

💡 À retenir : $F(x)$ est toujours croissante.

Pourquoi on utilise E(X^2) - (E(X))^2 pour la variance ?

C'est la formule de König-Huygens. Elle simplifie grandement les calculs par rapport à la définition classique $\sum p_i(x_i - E(X))^2$.

💡 À retenir : C'est la méthode la plus rapide en examen.

Est-ce que la loi de probabilité change si on multiplie X par une constante a ?

Oui, les valeurs $x_i$ deviennent $a \cdot x_i$. L'espérance devient $a \cdot E(X)$ et la variance devient $a^2 \cdot V(X)$.

💡 À retenir : La variance est multipliée par le carré du coefficient.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une urne contient 4 boules : 2 numérotées 1, une numérotée 2 et une numérotée 3. On tire une boule. $X$ est le numéro obtenu.

  1. Déterminer la loi de probabilité de $X$.
  2. Calculer l'espérance $E(X)$.
  3. Calculer la variance $V(X)$.
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Exercice 2

Soit $X$ une variable aléatoire continue de densité $f(x) = kx$ sur $[0, 2]$ et $0$ ailleurs.

  1. Déterminer la valeur de $k$.
  2. Calculer $P(0 \leq X \leq 1)$.
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Exercice 3

Un jeu consiste à lancer un dé truqué où $P(1)=0,1, P(2)=0,2, P(3)=0,4, P(4)=0,3$.

  1. Calculer l'espérance.
  2. Calculer l'écart-type.
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