Lois de probabilités à densité

Loi de densité - Exercice 4

8 min
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Soit ff la fonction définie sur [0;1]\left[0;1\right] par f(x)=ex+1ef\left(x\right)=\frac{e^{x} +1}{e}
Question 1

Justifier que la fonction ff définie une loi à densité sur l'intervalle [0;1]\left[0;1\right]

Correction
Notons XX la variable aléatoire définie sur [0;1]\left[0;1\right] dont la loi de probabilité a pour densité ff

On doit vérifier que :
  • ff est continue sur [0;1]\left[0;1\right]
  • ff est positive sur [0;1]\left[0;1\right]
  • 01f(x)dx=1\int _{0}^{1}f\left(x\right)dx =1
xex+1ex\mapsto \frac{e^{x} +1}{e} est une fonction exponentielle.
Par définition, une fonction exponentielle est continue sur R\mathbb{R} donc en particulier sur [0;1]\left[0;1\right]
xex+1ex\mapsto \frac{e^{x} +1}{e} est strictement positive carex>0e^{x} >0 , donc ff est positive sur [0;1]\left[0;1\right]
Enfin :
01f(x)dx=01(ex+1e)dx\int _{0}^{1}f\left(x\right)dx =\int _{0}^{1}\left(\frac{e^{x} +1}{e} \right)dx équivaut successivement à
01f(x)dx=[ex+xe]01\int _{0}^{1}f\left(x\right)dx =\left[\frac{e^{x} +x}{e} \right]_{0}^{1}
01f(x)dx=(e1+1e)(e0+0e)\int _{0}^{1}f\left(x\right)dx =\left(\frac{e^{1} +1}{e} \right)-\left(\frac{e^{0} +0}{e} \right)
01f(x)dx=(e1+1e)1e\int _{0}^{1}f\left(x\right)dx =\left(\frac{e^{1} +1}{e} \right)-\frac{1}{e}
01f(x)dx=ee+1e1e\int _{0}^{1}f\left(x\right)dx =\frac{e^{}}{e}+\frac{1}{e} -\frac{1}{e}
D'où : 01f(x)dx=1\int _{0}^{1}f\left(x\right)dx =1.
Il en résulte que la fonction ff définie une loi à densité sur l'intervalle [0;1]\left[0;1\right]
Question 2

Déterminer la probabilité suivante P(12X)P\left(\frac{1}{2} \le X\right)

Correction
P(12X)=P(12X1)P\left(\frac{1}{2} \le X\right)=P\left(\frac{1}{2} \le X\le 1\right) car ff définie une loi à densité sur l'intervalle [0;1]\left[0;1\right] donc si 12X\frac{1}{2} \le X alors 12X1\frac{1}{2} \le X\le 1
P(12X1)=121f(x)dxP\left(\frac{1}{2} \le X\le 1\right)=\int _{\frac{1}{2} }^{1}f\left(x\right)dx équivaut successivement à
P(12X1)=121(ex+1e)dxP\left(\frac{1}{2} \le X\le 1\right)=\int _{\frac{1}{2} }^{1}\left(\frac{e^{x} +1}{e} \right)dx
P(12X1)=[ex+xe]121P\left(\frac{1}{2} \le X\le 1\right)=\left[\frac{e^{x} +x}{e} \right]_{\frac{1}{2} }^{1}
P(12X1)=(e1+1e)(e12+12e)P\left(\frac{1}{2} \le X\le 1\right)=\left(\frac{e^{1} +1}{e} \right)-\left(\frac{e^{\frac{1}{2} } +\frac{1}{2} }{e} \right)
P(12X1)=e1e12+12eP\left(\frac{1}{2} \le X\le 1\right)=\frac{e^{1} -e^{\frac{1}{2} } +\frac{1}{2} }{e}