Terminale · Chapitre 17

Probabilités (II) — Somme de variables aléatoires

Exercices corrigés — linéarité de l'espérance, variance de $aX+b$, variables indépendantes, échantillon ($S_n$, $M_n$).
Ex. 1 — Linéarité de l'espérance Ex. 2 — Variance de aX + b Ex. 3 — Variables indépendantes Ex. 4 — Somme d'un échantillon Ex. 5 — Moyenne d'un échantillon
Chaque exercice se traite d'abord seul, puis se corrige en cliquant sur le bouton vert. Les corrections détaillent chaque étape du raisonnement.
Exercice 1
Linéarité de l'espérance

On sait que $E(X)=2$ et $E(Y)=5$.

Calculer l'espérance $E(3X+Y)$.

On applique la linéarité de l'espérance.

\[ E(3X+Y)=3E(X)+E(Y)=3\times 2+5=6+5=11. \]
Exercice 2
Variance de aX + b

On sait que $V(X)=4$.

Calculer la variance $V(2X+1)$.

On applique la formule $V(aX+b)=a^2V(X)$.

L'ajout de la constante $+1$ ne change pas la variance.

\[ V(2X+1)=2^{2}\times V(X)=4\times 4=16. \]
Exercice 3
Variables indépendantes

Les variables aléatoires $X$ et $Y$ sont indépendantes, avec $V(X)=3$ et $V(Y)=5$.

Calculer la variance $V(X+Y)$.

On utilise l'additivité de la variance pour des variables indépendantes.

Comme $X$ et $Y$ sont indépendantes, $V(X+Y)=V(X)+V(Y)$.

\[ V(X+Y)=3+5=8. \]
Exercice 4
Somme d'un échantillon

On considère un échantillon de $n=10$ variables aléatoires indépendantes de même loi, d'espérance $\mu=2$ et de variance $\sigma^2=3$. On note $S_n=X_1+\dots+X_{10}$.

Calculer l'espérance $E(S_n)$ et la variance $V(S_n)$.

On applique les caractéristiques de la somme.

\[ E(S_n)=n\,E(X)=10\times 2=20. \]
\[ V(S_n)=n\,V(X)=10\times 3=30. \]
Exercice 5
Moyenne d'un échantillon

On reprend l'échantillon précédent ($n=10$, $\mu=2$, $\sigma^2=3$) et la variable moyenne $M_n=\dfrac{S_n}{n}$.

Calculer l'espérance $E(M_n)$ et la variance $V(M_n)$.

On applique les caractéristiques de la moyenne.

\[ E(M_n)=E(X)=2. \]
\[ V(M_n)=\frac{V(X)}{n}=\frac{3}{10}=0{,}3. \]

La moyenne a la même espérance que $X$, mais une variance $n$ fois plus petite : elle est plus « concentrée ».