Probability-probabilité, Exercises of Mathematics

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Typology: Exercises

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bg1
Mohamed Hbibi 2024
Dierentes sortes de convergence :
Notations :
|On dit qu’une suite (Tn)n2Nde variables aléatoires converge en probabilité vers une variable T; si
pour tout > 0
lim
n7!+1P(jTnTj> ) = 0:
|On dit qu’une suite (Un)n2Nde variables aléatoires converge en moyenne vers une variable Usi et
seulement si : pour tout n2N;la variable aléatoire jUnUjpossède une espérance et :
lim
n7!+1E(jUnUj) = 0:
|On dit qu’une suite (Xn)n2Nde variables aléatoires converge presque surement vers une variable
aléatoire Xsi :
P(w2; lim
n7!+1Xn(w) = X(w)) = 1:
Partie I :Borel Cantelli
Soit (; T ; P )un espace probabilisé et (An)n2Nune suite d’évènements. On note
A=\
n2N[
pn
Ap:
1. Montrer que si PP(An)converge alors P(A) = 0:
2. Montrer que si les évènements (An)n2Nsont indépendants et si PP(An)diverge alors P(A) = 1:
Partie II :Comparaison entre les dierents modes de convergence
1. Montrer que la convergence en moyenne entraine la convergence en probabilité.
2. Montrer que si une suite (Tn)n2Nde variables aléatoires converge en probabilité, alors lalimite
de cette suite est une variable aléatoire presque surement unique. Plus précisément, si l’on a Tn
converge en probabilité vers Tet T0alors PT=T0= 1:
3. On se propose dans cette question d’étudier un exemple montrant que la réciproque de la propriété
précédente est fausse : On considère une suite (Zn)n2Nvariable aléatoires dé…nie sur un espace
probabilisé (;; P ), indépendantes, et suivant toutes la loi de Poisson de paramètre ( > 1):
Pour tout entier naturel non nul, on pose
Yn=
n
Y
k=1
Zk:
(a) Déterminer P(Yn6= 0) ; n 2N:
1
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Di erentes sortes de convergence :

Notations : | On dit quíune suite (Tn)n 2 N de variables alÈatoires converge en probabilitÈ vers une variable T; si pour tout  > 0

n 7 !lim+ 1 P^ (jTn^ ^ T^ j^ > ) = 0: | On dit quíune suite (Un)n 2 N de variables alÈatoires converge en moyenne vers une variable U si et seulement si : pour tout n 2 N; la variable alÈatoire jUn U j possËde une espÈrance et :

n 7 !^ lim+ 1 E^ (jUn^ ^ U^ j) = 0:

| On dit quíune suite (Xn)n 2 N de variables alÈatoires converge presque surement vers une variable alÈatoire X si : P (w 2 ; (^) n 7 !lim+ 1 Xn (w) = X (w)) = 1: Partie I : Borel Cantelli

Soit ( ; T; P ) un espace probabilisÈ et (An)n 2 N une suite díÈvËnements. On note

A = n 2 N

[

pn

Ap:

  1. Montrer que si P^ P (An) converge alors P (A) = 0:
  2. Montrer que si les ÈvËnements (An)n 2 N sont indÈpendants et si P^ P (An) diverge alors P (A) = 1: Partie II : Comparaison entre les di erents modes de convergence
  3. Montrer que la convergence en moyenne entraine la convergence en probabilitÈ.
  4. Montrer que si une suite (Tn)n 2 N de variables alÈatoires converge en probabilitÈ, alors lalimite de cette suite est une variable alÈatoire presque surement unique. Plus prÈcisÈment, si líon a Tn converge en probabilitÈ vers T et T 0 alors P

T = T 0

  1. On se propose dans cette question díÈtudier un exemple montrant que la rÈciproque de la propriÈtÈ prÈcÈdente est fausse : On considËre une suite (Zn)n 2 N variable alÈatoires dÈÖnie sur un espace probabilisÈ ( ; ; P ), indÈpendantes, et suivant toutes la loi de Poisson de paramËtre  ( > 1) : Pour tout entier naturel non nul, on pose

Yn = Y^ n k=

Zk:

(a) DÈterminer P (Yn 6 = 0) ; n 2 N:

(b) En dÈduire que la suite (Yn)n 2 N converge en probabilitÈ vers la variable certaine Ègale ‡ 0 : (c) On suppose que la suite (Yn)n 2 N converge en moyenne vers une variable alÈatoire Y: i. Montrer que Y = 0 presque s˚rement. ii. Calculer líespÈrence de Yn: (d) Conclure.

  1. Soit k 2 N: On pose Ck = (^) nS 2 N p^ Tn fjXp Xj  (^) k^1 g:

(a) Montrer que : n 7 !^ lim+ 1 Xn^ (w) =^ X^ (w)^ ,^ w^2 Ck;^8 k^2 N: (b) En dÈduire que P (w 2 ; limn 7 !+ 1 Xn (w) = X (w)) = limk 7 !+ 1 P (Ck) : (c) On suppose que : 8  > 0 ; P (^) nT 2 N p^ Sn fjXp Xj > g

Montrer que la suite (Xn)n 2 N converge presque surement vers X: (d) Montrer que si pour tout  > 0 ; la sÈrie P^ P (jXn Xj > ) converge, alors la suite (Xn)n 2 N converge presque surement vers X:

  1. Montrer que la convergence presque surement entraine la convergence en probabilitÈ.
  2. Soit (Xn)n 2 N une suite de variables alÈatoires deux ‡ deux indÈpendantes et suivant une mÍme loi. Si celles-ci admettent un moment díordre 2 alors en introduisant m leur espÈrance commune et Sn = Pn k=1^ Xk;^ montrer que^

S nn converge en probabilitÈ vers m: Partie III : Loi faible des grands nombres dans L^1 Soit (Xn)n 2 N une suite de variables alÈatoires deux ‡ deux indÈpendantes et suivant une mÍme loi et admettent une espÈrence Önie m: On pose, pour tout n 2 N;

Yn =

P^ n k=1^ Xk n :

On se propose de montrer que (Yn)n 2 N converge en probabilitÈ vers m:

  1. Dans cette question on suppose que m = 0: Soit  > 0 :

(a) Pour c > 0 ; on dÈÖnit g : R ! R par g (x) =

x si jxj  c 0 sinon

: Montrer que la variable alÈatoire g (X 1 ) est díespÈrence Önie et que líon peut choisir c tel que E (jg (X 1 ) X 1 j)  2  : Dans la suite de la question, c est ainsi ÖxÈ.