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ExerciceTerminale, chapitre 10 — Loi des grands nombres · Loi faible des grands nombres

Exercice 29

Démonstration

Quatre élèves commentent la loi faible des grands nombres. Pour chacun, dire si son affirmation est correcte et justifier.

• Alice : « à partir d'un certain rang, la moyenne MnM_{n} est égale à μ\mu ».

• Bruno : « la probabilité que MnM_{n} s'écarte de μ\mu d'au moins 0,010{,}01 peut être rendue aussi petite que l'on veut, à condition de prendre nn assez grand ».

• Chloé : « le théorème ne s'applique plus si l'on choisit δ=0,0001\delta = 0{,}0001 ».

• Dorian : « puisque le majorant σ2nδ2\dfrac{\sigma^{2}}{n\delta^{2}} décroît, la probabilité P(∣Mn−μ∣⩾δ)P\big(|M_{n} - \mu| \geqslant \delta\big) décroît elle aussi ».

Corrigé

Alice. Affirmation fausse.\boxed{\text{Affirmation fausse.}} Le théorème porte sur une probabilité, pas sur la variable MnM_{n} elle-même. Rien n'interdit à un échantillon, même très grand, de donner une moyenne éloignée de μ\mu : cet événement devient seulement de moins en moins probable. Sur la simulation du cours, la courbe finit par ne plus quitter la bande, mais aucun théorème ne garantit qu'elle n'en sortira plus jamais.

Bruno. Affirmation vraie.\boxed{\text{Affirmation vraie.}} C'est la traduction correcte de lim⁡n→+∞P(∣Mn−μ∣⩾0,01)=0\lim_{n\to+\infty} P\big(|M_{n} - \mu| \geqslant 0{,}01\big) = 0 : la probabilité peut être rendue aussi petite que l'on veut pourvu que nn soit assez grand. C'est le contenu de la question 2 de l'exercice 28.

Chloé. Affirmation fausse.\boxed{\text{Affirmation fausse.}} Le théorème est valable pour tout réel δ>0\delta > 0, aussi petit soit-il. Simplement, plus δ\delta est petit, plus il faut prendre nn grand pour que le majorant σ2nδ2\dfrac{\sigma^{2}}{n\delta^{2}} devienne petit : c'est le prix de la précision chiffré à l'exercice 24.

Dorian. Affirmation fausse.\boxed{\text{Affirmation fausse.}} Le raisonnement confond une quantité et son majorant. Savoir que un⩽vnu_{n} \leqslant v_{n} pour tout nn, avec (vn)(v_{n}) décroissante, ne dit rien sur le sens de variation de (un)(u_{n}). On sait seulement que P(∣Mn−μ∣⩾δ)P\big(|M_{n} - \mu| \geqslant \delta\big) tend vers 00, pas qu'elle décroît.

Dans l'édifice

Thèmes

moyenne empirique, variance, inégalité de concentration, loi faible des grands nombres

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