Introduction aux variables aléatoires continues et fonctions de densité
Variables aléatoires discrètes vs. continues
Une variable aléatoire (v.a.) est une fonction qui associe un nombre à chaque issue d'une expérience aléatoire.
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Variables aléatoires discrètes : Elles ne peuvent prendre qu'un nombre fini ou un nombre infini dénombrable de valeurs. Pensez au nombre de faces obtenues en lançant une pièce 10 fois (0, 1, 2, ..., 10) ou au nombre d'appels reçus par un centre d'appels en une heure. Pour une v.a. discrète , on peut calculer la probabilité pour chaque valeur .
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Variables aléatoires continues : Elles peuvent prendre n'importe quelle valeur dans un intervalle de nombres réels. On les utilise pour modéliser des grandeurs mesurables.
- Exemples de situations continues :
- La taille d'une personne.
- Le temps d'attente à un guichet.
- La température d'un four.
- La durée de vie d'un composant électronique.
- La différence fondamentale avec le discret est que pour une variable aléatoire continue , la probabilité qu'elle prenne une valeur exacte est toujours nulle : ==== pour tout nombre . Pourquoi ? Imaginez que vous mesurez une taille. La probabilité qu'une personne mesure exactement 1,7500000... m est quasiment nulle, car il y a une infinité de valeurs possibles autour de 1,75 m (1,750001, 1,749999, etc.). On ne peut parler que de probabilités sur des intervalles, par exemple .
- Exemples de situations continues :
Notion de fonction de densité de probabilité
Puisque pour une v.a. continue, nous ne pouvons pas utiliser la même approche que pour les v.a. discrètes (où l'on listait les probabilités de chaque valeur). Pour les v.a. continues, nous utilisons une fonction de densité de probabilité, souvent notée .
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Définition et propriétés d'une fonction de densité : Une fonction est une fonction de densité de probabilité pour une variable aléatoire continue si elle satisfait les conditions suivantes :
- Pour tout , . (La densité ne peut pas être négative, comme une probabilité).
- L'aire totale sous la courbe de est égale à 1. C'est la condition de normalisation : (Ceci représente la somme de toutes les probabilités possibles, qui doit être égale à 100%).
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Interprétation graphique (aire sous la courbe) : Contrairement aux v.a. discrètes où les probabilités sont représentées par des bâtons, pour les v.a. continues, la probabilité qu'une variable prenne une valeur dans un intervalle est donnée par l'aire sous la courbe de la fonction de densité entre et .
Calcul de probabilités avec une fonction de densité
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Probabilité comme aire sous la courbe : Pour une v.a. continue de fonction de densité , la probabilité que appartienne à un intervalle est donnée par : Cette intégrale représente l'aire de la région délimitée par la courbe de , l'axe des abscisses et les droites verticales et .
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Utilisation de l'intégrale définie : Le calcul de probabilités avec une fonction de densité se ramène donc au calcul d'intégrales. Vous devrez maîtriser la recherche de primitives pour effectuer ces calculs.
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pour une variable continue : Comme mentionné précédemment, la probabilité qu'une v.a. continue prenne une valeur exacte est nulle. Mathématiquement, cela se voit car . Cela implique aussi que pour une v.a. continue, ====. Les bornes strictes ou larges ne changent pas le résultat.


