Mathématiques — Première

Variables aléatoires discrètes — Première Maths

Loi de probabilité, espérance, variance, écart-type et loi de Bernoulli.

Par ProfBot

Variables aléatoires discrètes — Première Mathématiques

🎯 Objectif : Modéliser une expérience aléatoire et calculer espérance et variance.


1. Variable aléatoire discrète

Une variable aléatoire discrète X est une fonction qui associe un nombre réel à chaque issue d'une expérience aléatoire.

Loi de probabilité = tableau donnant les valeurs et leurs probabilités :

xᵢx₁x₂…xₙ
P(X = xᵢ)p₁p₂…pₙ

avec p₁ + p₂ + … + pₙ = 1


2. Espérance mathématique E(X)


E(X) = x₁·p₁ + x₂·p₂ + … + xₙ·pₙ = Σ xᵢ·P(X = xᵢ)

L'espérance représente la valeur moyenne de X sur un grand nombre de répétitions.

Propriétés linéaires :


E(aX + b) = a·E(X) + b
E(X + Y) = E(X) + E(Y)

3. Variance V(X) et écart-type σ(X)


V(X) = E[(X - E(X))²] = E(X²) - [E(X)]²

La formule pratique :


V(X) = Σ xᵢ²·pᵢ - [E(X)]²

σ(X) = √V(X)    (écart-type)

Propriétés :


V(aX + b) = a²·V(X)
σ(aX + b) = |a|·σ(X)

4. Exemple complet

On lance un dé équilibré (6 faces). X est le gain : +2€ si face > 4, -1€ si face ≤ 4.

Valeurs possibles : X ∈ {-1 ; 2}


P(X = -1) = P(face ≤ 4) = 4/6 = 2/3
P(X = 2)  = P(face > 4) = 2/6 = 1/3

E(X) = (-1)(2/3) + (2)(1/3) = -2/3 + 2/3 = 0 €

V(X) = (-1)²(2/3) + (2)²(1/3) - 0²
     = 2/3 + 4/3 = 2
σ(X) = √2 ≈ 1,41 €

5. Loi de Bernoulli B(p)

Épreuve à deux issues : succès (probabilité p) ou échec (1-p).

X0 (échec)1 (succès)
P(X = k)1-pp

E(X) = p
V(X) = p(1-p)
σ(X) = √(p(1-p))

6. Interprétation probabiliste

Espérance : gain moyen par partie dans un jeu répété.

Jeu équitable : E(X) = 0

Écart-type : mesure la dispersion des valeurs autour de la moyenne — plus σ est grand, plus les valeurs sont dispersées.


7. Loi uniforme discrète

X prend n valeurs équiprobables : P(X = xᵢ) = 1/n pour tout i.


E(X) = (x₁ + x₂ + … + xₙ) / n    (= moyenne arithmétique)

Exemple : dé équilibré, X = résultat :


E(X) = (1+2+3+4+5+6)/6 = 21/6 = 3,5

📝 Exercices

  1. X : gain d'un jeu de loterie. P(X=10) = 0,1 ; P(X=1) = 0,3 ; P(X=-2) = 0,6. Calculer E(X) et V(X).
  2. Bernoulli avec p = 0,3. Calculer E(X), V(X) et σ(X).
  3. X prend les valeurs 1, 3, 5, 7 avec probabilités 1/4 chacune. E(X) ? V(X) ?
  4. Un vendeur touche 100€ par vente, avec P(vente) = 0,4. Espérance sur 10 appels ?

✅ À retenir


E(X) = Σ xᵢpᵢ
V(X) = E(X²) - [E(X)]²
σ(X) = √V(X)
E(aX+b) = aE(X)+b    V(aX+b) = a²V(X)
Bernoulli : E(X)=p    V(X)=p(1-p)

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