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Leçon 1

Variable aléatoire

Vidéo 1 : Variable aléatoire · 4 min 08 s · sous-titres en français

Le cours écrit

1.1 Un nombre qui dépend du hasard

Exemple 1 (le jeu des enveloppes). À la fête du quartier, un stand propose une boîte de dix enveloppes fermées : six sont vides, deux contiennent 55 euros et deux contiennent 1010 euros. On tire une enveloppe au hasard. L'univers est Ω={e1 ;e2 ;… ;e10}\Omega = \{e_1\,;e_2\,;\ldots\,;e_{10}\}, avec les enveloppes vides e1e_1 à e6e_6, les enveloppes de 55 euros e7e_7 et e8e_8, et celles de 1010 euros e9e_9 et e10e_{10}.

Ce qui intéresse le joueur n'est pas le numéro de l'enveloppe, mais la somme trouvée. On note XX cette somme, en euros. Avant le tirage, on ne connaît pas sa valeur : c'est un nombre qui dépend du hasard.

1.2 Définition

Définition. Une variable aléatoire réelle sur l'univers Ω\Omega est une fonction définie sur Ω\Omega et à valeurs réelles : à chaque issue ω\omega, elle associe un nombre réel X(ω)X(\omega).

Exemple 2. Dans le jeu des enveloppes, X(e1)=X(e2)=⋯=X(e6)=0X(e_1) = X(e_2) = \cdots = X(e_6) = 0, X(e7)=X(e8)=5X(e_7) = X(e_8) = 5 et X(e9)=X(e10)=10X(e_9) = X(e_{10}) = 10. La variable XX prend trois valeurs : 00, 55 et 1010. Plusieurs issues peuvent donner la même valeur : une fonction le permet, et c'est très fréquent ici.

Le nom est trompeur : une variable aléatoire est une fonction, parfaitement déterminée. Ce qui est aléatoire, c'est l'issue obtenue.

1.3 Plusieurs variables sur un même univers

Sur un même univers, on peut définir autant de variables que l'on veut.

Exemple 3. Le stand demande une participation de 44 euros. Le gain net du joueur est G=X−4G = X - 4. Pour chaque issue, G(ω)=X(ω)−4G(\omega) = X(\omega) - 4. La variable GG prend les valeurs −4-4, 11 et 66 : une variable aléatoire peut être négative. On peut aussi définir YY, qui vaut 11 si l'enveloppe n'est pas vide et 00 sinon.

1.4 Modéliser en trois étapes

  1. Décrire l'expérience et son univers.
  2. Dire ce que mesure la variable : à chaque issue, quel nombre ?
  3. Lister les valeurs possibles.

Exemple 4 (deux pièces). On lance deux pièces et on note XX le nombre de « pile » obtenus. L'univers est Ω={PP ;PF ;FP ;FF}\Omega = \{PP\,;PF\,;FP\,;FF\}, en notant dans l'ordre le résultat de chaque pièce. On a X(PP)=2X(PP) = 2, X(PF)=X(FP)=1X(PF) = X(FP) = 1 et X(FF)=0X(FF) = 0. Les valeurs possibles sont 00, 11 et 22.

Exemple 5 (tirer au sort dans un groupe). On tire au sort un élève d'une classe de 3030 élèves et on note TT son temps de trajet, en minutes. L'univers est l'ensemble des 3030 élèves. La variable TT associe à chaque élève son temps de trajet.

1.5 Ce qui n'est pas une variable aléatoire réelle

Une variable aléatoire réelle prend des valeurs numériques.

Exemple 6. On choisit une voiture au hasard sur un parking et on note sa couleur : ce n'est pas un nombre, donc ce n'est pas une variable aléatoire réelle. En revanche, on peut poser Z=1Z = 1 si la voiture est rouge et Z=0Z = 0 sinon : ZZ est une variable aléatoire réelle. Le nombre de portes de la voiture en est une aussi.

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Exercices 1 et 2

  • Exercice 1 : les lecteurs d'une bibliothèque
  • Exercice 2 : modéliser

Exercices du chapitre (PDF, 165 Ko)

Corrigés

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Corrigés du chapitre (PDF, 149 Ko)

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