Mathématiques · Glossaire

Qu'est-ce que « espace probabilisé » ?

Aussi appelé : variable aléatoire · loi d'une variable aléatoire · espérance

Définition 22.1 Mathématiques universitaires — Licence 3 · Chapitre 22 — Probabilités : fondements et loi des grands nombres

Un espace probabilisé est un espace mesuré (Ω,A,P)(\Omega, \mathcal A, \P) avec P(Ω)=1\P(\Omega) = 1 ; les éléments de A\mathcal A sont les événements, et une propriété vaut presque sûrement (p.s.) si son événement a pour probabilité 11. Une variable aléatoire est une application mesurable X ⁣:ΩRX \colon \Omega \to \R (ou Rd\R^d : un vecteur aléatoire) ; sa loi est la mesure de probabilité image PX=XP\P_X = X_*\P sur R\R (Exercice 11.9), déterminée par la fonction de répartition FX(t)=P(Xt)F_X(t) = \P(X \leq t) (Exercice 9.3). XX a une densité ff si PX=f ⁣dλ\P_X = f\,\dd\lambda ; elle est discrète si PX\P_X est une combinaison dénombrable de masses de Dirac. L’espérance est

E[X]=ΩX ⁣dP(X0 ou XL1(P)),\E[X] = \int_\Omega X\,\dd\P \qquad (X \geq 0 \text{ ou } X \in L^1(\P)),

et le théorème de transfert (Exercice 11.9) la calcule dans la loi : E[g(X)]=Rg ⁣dPX\E[g(X)] = \int_\R g\,\dd\P_X=g(xk)pk= \sum g(x_k)p_k dans le cas discret, =g(x)f(x) ⁣dx= \int g(x)f(x)\dd x dans le cas à densité : les formules de l’année 2, désormais théorèmes d’une seule théorie. La variance est V(X)=E[(XEX)2]=E[X2](EX)2\V(X) = \E[(X - \E X)^2] = \E[X^2] - (\E X)^2 pour XL2X \in L^2.

Exemples

Exemple 22.2

Les lois standard et leurs transformées d’intérêt : Bernoulli B(p)\mathcal B(p), binomiale B(n,p)\mathcal B(n, p), géométrique, Poisson P(λ)\mathcal P(\lambda) (discrètes : les tables de l’année 2 restent valides) ; uniforme sur [0,1]\intcc01 (la mesure de Lebesgue elle-même) ; exponentielle E(λ)\mathcal E(\lambda) (densité λeλx1x>0\lambda\eu^{-\lambda x}\mathbf 1_{x>0}) ; la gaussienne N(m,σ2)\mathcal N(m, \sigma^2) de densité 1σ2πexp((xm)22σ2)\frac1{\sigma\sqrt{2\pi}}\exp\bigl(-\frac{(x - m)^2}{2\sigma^2}\bigr) — une densité de probabilité par le Problème 10.1, d’espérance mm et de variance σ2\sigma^2 (moments gaussiens, Exercice 11.10).

Exemple 22.14 (Ce que la loi forte achète)

(a) Fréquences : pour des piles ou faces i.i.d., la fréquence observée de faces converge p.s. vers pp — la justification empirique de la probabilité elle-même. (b) Monte-Carlo : pour gL1([0,1])g \in L^1(\intcc01) et (Un)(U_n) i.i.d. uniformes (Théorème 22.6), 1nkng(Uk)01g\frac1n\sum_{k\leq n}g(U_k) \to \int_0^1g p.s. : intégrales par échantillonnage, en toute dimension, au taux indépendant de la dimension n1/2\sim n^{-1/2} précisé au Chapitre 23. (c) Nombres normaux : presque tout nombre réel a, dans son développement binaire, une fréquence asymptotique 12\frac12 de uns (appliquer la loi forte aux variables chiffres du Théorème 22.6) — le théorème de Borel, un énoncé sur les nombres de tous les jours prouvé par la mesure : le Problème 22.1 le complète dans toutes les bases.

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