Loi normale – Idfolles

Loi normale

Cours variable aléatoire continue, variable
aléatoire normale


1°)
Introduction
 :


Quand on
étudie une variable en statistique (exemple la hauteur de 2500
plants de pommiers pris dans une même pépinière)
on peut tracer l’histogramme des fréquences


Données :










































X
= xi
hauteur en cm

Effectifs
ni

Fréquence
fi

[120 ;125[

100

0,04

[125 ;130[

350

0,14

[130 ;135[

650

0,26

[135 ;140[

800

0,32

[140 ;145[

480

0,192

[145 ;150[

120

0,048


Total

1


Histogramme :



Si l’on
prenait des classes d’intervalles plus réduits on
obtiendrait le même type d’histogramme avec un polygone
des effectifs qui tendrait à ressembler à une courbe en
cloche dite courbe de Gauss du nom de son découvreur.














Courbe
de Gauss :


La
variable statistique X = hauteur des plants de pommier est en fait
une variable continue.


Les
fréquences fi plus les intervalles de chaque classe seraient
petits, peuvent être assimilée à P(X = xi).


fi =
P(X=xi)


2°)
Variable aléatoire continue :


La fonction f définie par f(xi) = P(X=xi) telle que \sum <em>f(x_<em>i</em>)</em>=1″ title=”\sum <em>f(x_<em>i</em>)</em>=1″ style=’vertical-align:middle;’ /> ou<br />
<IMG SRC=(la
somme des fi fait toujours 1) est appelée densité de
probabilité.


En probabilité une variable aléatoire continue est
donc définie par sa densité de probabilité
.


A partir de f fonction de densité on définie une
fonction de répartition :


F(x) = P(X≤x) =

d’autre part P(X


3°)
La variable aléatoire normale ou de Gauss :


Lorsque
une variable aléatoire continue dépend d’un grand
nombre de facteurs tous indépendants les uns des autres, cette
variable a de grande chance de suivre une loi dite normale. C’est
le cas de notre exemple d’introduction.


Gauss a
déterminer la fonction de densité d’une variable
aléatoire normale de moyenne 0 et d’écart-type 1.
On la note N(0 ; 1). Pour N(m ; \sigma) on a la fonction de répartition suivante trouvée par Gauss.

f(x) =
<em>1\over <em>2\Pi\sigma</strong>e^<strong>x-m</em>^<em>2</em>\over <em>\sigma</strong>” title=”<em>1\over <em>2\Pi\sigma</strong>e^<strong>x-m</em>^<em>2</em>\over <em>\sigma</strong>” style=’vertical-align:middle;’ /></B></p>
<p LANG=

La
fonction de répartition F ne peut être qu’approximée.

P(X ≤
u) est donc donnée dans une table dite table de la loi
normale.(Voir plus loin dans le cours)



4°)
Utilisation de la table :








La
table donne par simple lecture :

P(X
a) =


Donner
P(X 0,92) =

P(X 2,05) =

P(X 1,58)
=























Si b < 0, il faut utiliser la symétrie de la courbe par rapport à l’axe [Oy) et tenir compte du faite que la surface totale est égale à 1.

Comparer
les deux aires hachurées A1 et A2



Exprimer
sous forme P(Xx) A1 et A2 et A3





Exprimer
A2 en fonction de A3



Exprimer
A1 en fonction de A3




Conclusion

P(X ≤ -a) =

Conclusion

P(X ≥ a) =

A.N. :
Calculer


P(X
-1,25) =

P(X

-2,05) =

P(X ≤
-1,58) =

P(X ≥
1,56) =

P(X ≥

0,92) =

P(X ≥ 2,45) =


De même
essayez de trouver les formule suivantes











P(a ≤ X ≤ b) =

P(-a ≤ X ≤ b) =



Appliquer
le à













Table de la loi normale N(0 ; 1)


5°) Loi normale centrée réduite :


Jusqu’à
maintenant on s’est intéressé à la loi
normale de moyenne 0 et d’écart-type 1

N(0 ;
1). Mais une variable aléatoire normale quelconque a pour
moyenne (ou espérance E(X) c’est la même chose) m
et écart-type σ.


Théorème : Si X est N(m ; σ)
alors

<em>X – m</em>\over <em>\sigma</em>” title=”<em>X – m</em>\over <em>\sigma</em>” style=’vertical-align:middle;’ /><br />
est N(0 ; 1)						P(X <B>≤</B> a) = P(<img src='IMG/cache-TeX/8383f84d2827146fea3da379f0a520c7.png' width='50' height='41' alt=X – m\over \sigma” title=”X – m\over \sigma” style=’vertical-align:middle;’ /> <em>a – m</em>\over <em>\sigma</em>” title=”<em>a – m</em>\over <em>\sigma</em>” style=’vertical-align:middle;’ />)<br />
= P(T <B>≤</B> <img src='IMG/cache-TeX/53bafc0423a7179e832e59793e58a28f.png' width='45' height='39' alt=a – m\over \sigma” title=”a – m\over \sigma” style=’vertical-align:middle;’ />)
où T est N(0 ; 1) Il suffit donc de lire

<em>a – m</em>\over <em>\sigma</em>” title=”<em>a – m</em>\over <em>\sigma</em>” style=’vertical-align:middle;’ /><br />
(qui se calcule) dans la table de la loi normale 			pour connaître<br />
la probabilité recherchée.</B></p>
<p LANG= T est appelée loi normale centrée réduite
de X