Loi faible des grands nombres en Terminale
Loi faible des grands nombres, c'est une notion de mathématiques du chapitre « Concentration et loi des grands nombres », au programme de Terminale. Voici le cours, un exemple et de quoi t'entraîner.
Loi faible des grands nombres : le cours
Soit $X_1, \dots, X_n$ des variables aléatoires indépendantes de même loi, d'espérance $\mu$ et de variance $V$, et $M_n = \frac{X_1 + \dots + X_n}{n}$ leur moyenne. Énoncé : pour tout réel $\delta > 0$, $\lim_{n \to +\infty} P(|M_n - \mu| \geq \delta) = 0$. Il se déduit de l'inégalité de concentration : $0 \leq P(|M_n - \mu| \geq \delta) \leq \frac{V}{n\delta^2}$, et $\frac{V}{n\delta^2}$ tend vers 0 quand $n$ tend vers $+\infty$ (théorème des gendarmes). Interprétation : quel que soit l'écart $\delta$ choisi, la probabilité que la moyenne de l'échantillon s'écarte de l'espérance d'au moins $\delta$ tend vers 0 quand la taille de l'échantillon augmente. La moyenne se rapproche de l'espérance avec une probabilité de plus en plus grande, mais ce n'est jamais une certitude pour un échantillon donné.
Exemple
Un lancer de dé équilibré a pour espérance 3,5 et pour variance $\frac{35}{12}$. Sur 10 lancers, la moyenne peut être assez loin de 3,5. Sur 100 000 lancers, l'inégalité de concentration donne $P(|M_{100\,000} - 3{,}5| \geq 0{,}05) \leq \frac{35/12}{100\,000 \times 0{,}05^2} = \frac{35}{3\,000} \approx 0{,}012$ : la moyenne est strictement comprise entre 3,45 et 3,55 avec une probabilité d'au moins 0,988.
À retenir
Loi faible des grands nombres : pour tout $\delta > 0$, $\lim_{n \to +\infty} P(|M_n - \mu| \geq \delta) = 0$. Plus l'échantillon est grand, plus il est probable que sa moyenne soit proche de l'espérance.
S'entraîner sur loi faible des grands nombres
Fais l'exercice, puis demande au tuteur de te corriger pas à pas.
Exercice 1
Une usine fabrique des ampoules. On teste un échantillon de 400 ampoules et on trouve que 20 sont défectueuses. Estime la proportion de défauts dans toute la production. En supposant que la vraie proportion de défauts est 5 %, utilise l'inégalité de Bienaymé-Tchebychev pour minorer la probabilité que la proportion observée sur un échantillon de 400 ampoules soit strictement comprise entre 3 % et 7 %.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un sondage interroge 1 000 personnes sur l'intention de vote pour le candidat A. Parmi elles, 520 votent pour A. Estime la proportion d'électeurs qui voteront pour A dans toute la population. Que dit la loi des grands nombres sur la fiabilité de cette estimation si on interrogeait 10 000 personnes ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →Cette notion fait partie du chapitre Concentration et loi des grands nombres (Mathématiques Terminale).