Rappeler la fonction de densité f et la fonction de répartition F d'une variable aléatoire suivant une loi exponentielle de paramètre λ.
Analyse de fonction
Montrer que la fonction de répartition est bijective de R+ sur [0 ; 1[
et que sa réciproque s'écrit pour tout x ∈ [0 ; 1[,
F−1(x)
= −1/λ ln(1 − x).
Pour tout x ∈ R+,
calculer Q(x)
= 1/E(X)∫0xtf(t) dt
Montrer que la composée h = Q ∘ φ vérifie pour tout x ∈ [0 ; 1[,
h(x) = x + (1 − x) × ln(1 − x).
Calculer la dérivée de h et en déduire les variations de h.
Montrer que la dérivée de h est croissante.
Montrer que la fonction h est prolongeable par continuité en 1.
Le prolongement par continuité est-il dérivable en 1 ?
Tracer l'allure de la courbe représentative de h, appelée courbe de Lorenz.
Donner le développement limité à l'ordre 2 de la fonction h en 0.
Calculer le coefficient de Gini de la loi exponentielle, c'est-à-dire ∫01h(t) dt.
Principe de Pareto
La courbe de Lorenz permet de représenter la poids des faibles valeurs par rapport au poids total des valeurs. Selon le principe de Pareto, 20 % des valeurs concentrent 80 % du poids total. Ce n'est pas le cas ici et on essaie d'évaluer le point d'intersection de la courbe de Lorenz avec la droite d'équation y = 1 − x.
Tracer cette droite sur le graphique précédent.
Justifier qu'il n'y a qu'un seul point d'intersection entre la droite et la courbe.
Montrer que l'ordonnée de ce point d'intersection satisfait l'équation
1 + y ln(y) = 2y.
On pose pour tout t ∈ ]0 ; 1]φ(t)
= (1 + t ln(t))/2.
Montrer que le réel y de la question précédente est un point fixe de φ.
Dresser le tableau de variations de φ
en précisant ses limites et valeurs extrêmes.
Expliciter l'intervalle image de φ, que l'on notera I.
Montrer que l'intervalle I est stable par f
et que pour tout t ∈ I
on a |φ′(t)|
≤ 1/2.
On définit une suite par récurrence en posant u0 = 1/2
et pour tout n ∈ N,
un+1
= φ(un).
Justifier que la suite u est bien définie à valeurs dans I
et que pour tout n ∈ N
on a
|un+1 − y|
≤ 1/2|un − y|.
En déduire que pour tout n ∈ N
on a
|un − y|
≤ (1/2)n+1.
Justifier que u converge vers y.
Sachant que ln(2) vaut 0,7 à 0,01 près, calculer une valeur approchée de u1.
Convergence des sommes de Riemann
On considère une fonction réelle g de classe 𝓒2 sur [0 ; 1].
Justifier qu'il existe M ∈ R+
tel que pour tout t ∈ [0 ; 1] on ait
|g″(t)| ≤ M
Soit (a, b) ∈ [0 ; 1]2. Démontrer la formule de Taylor-Lagrange avec reste intégral :
g(b)
= g(a) + (b − a) g′(a)
+ ∫ab
(b − t) g″(t) dt
puis montrer |∫ab
(b − t) g″(t) dt|
≤ M(b − a)2/2
à l'aide de la question précédente.
Soit n ∈ N∗.
Démontrer la majoration |g(1) − g(0) − ∑k=0n−11/ng′(k/n)|
≤ M/(2n)
En déduire la convergence et la limite de la suite de terme général
∑k=0n−11/ng′(k/n)
Donner une primitive de la fonction t ↦ 1/(1 + t) sur [0 ; 1].
En déduire la limite de la suite de terme général
∑k=0n−11/(n + k)
Variables aléatoires discrètes
On considère deux variables aléatoires X et Y
indépendantes et de même loi géométrique de paramètre p ∈ ]0 ; 1[. On pose q = 1 − p,
U = X + Y
et T = X − Y.