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Exercices : Convergences et approximations en ECG1

Résumé de cours Exercices Corrigés

Cours en ligne de Maths en ECG1

Inégalités classiques & Convergences de suites de variables aléatoires

Exercice :

1) Si n \in \mathbb{N}^* et x \in \mathbb{R}_+, on pose g_n \left( x \right) = \dfrac{ \left( \ln \left( 1 + x \right) \right)^n }{\left( 1 +x \right)^2}.

     a) Montrer que g_n \left( x \right) \underset{x \to + \infty}{=} o \left( \dfrac{1}{ x^{3 / 2}} \right).

     b) Montrer que l’intégrale I_n = \int_0^{+ \infty} g_n \left( t \right) dt est convergente.

     c) Calculer I_0.

     d) à l’aide d’une intégration par parties, montrer que I_{n + 1} = \left( n + 1 \right) I_n ; en déduire la valeur de I_n.

2) Pour n \in \mathbb{N}, on définit la fonction f_n par f_n \left( x \right) = \begin{cases} \dfrac{g_n \left( x \right)}{n!} & \text{si} \; x \ge 0 \\ 0 & \text{si} \; x < 0 \end{cases}.

a) Montrer que f_n est une densité.

On note à présent X_n une variable aléatoire réelle admettant f_n pour densité. On note F_n la fonction de répartition de X_n.

     b) La variable X_n admet-elle une espérance ?

     c) Calculer, pour n \in \mathbb{N} et x < 0, F_n \left( x \right).

     d) Calculer F_0 \left( x \right) pour x \ge 0.

     e) Soit x \ge 0 et k \in \mathbb{N}^*, montrer que F_k \left( x \right) - F_{k - 1} \left( x \right) = - \dfrac{1}{k!} \dfrac{\ln^k \left( 1 + x \right)}{1 + x}. En déduire une expression de F_n \left( x \right) pour n \in \mathbb{N}^* et x \ge 0 faisant intervenir une somme que l’on ne cherchera pas à calculer.

     f) Pour x \in \mathbb{R}, déterminer la limite de la suite \left( F_n \left( x \right) \right)_{n \in \mathbb{N}}.

     g) La suite de variables aléatoires \left( X_n \right)_{n \in \mathbb{N}} converge-t-elle en loi ?

3) Pour n \in \mathbb{N}, on note Y_n = \ln \left( 1 + X_n \right). On admet que Y_n est une variable aléatoire.

a) Montrer que Y_n est bien définie. Quelles pour les valeurs prises par Y_n ?

b) On note H_n la fonction de répartition de Y_n. Montrer que pour tout réel x, H_n \left( x \right) = F_n \left( e^x - 1 \right).

     c) Montrer que Y_n est une variable à densité et donner une densité de Y_n.

     d) Justifier que Y_n admet une espérance et la calculer.

     e) Justifier que Y_n admet une variance et la calculer.

     f) Reconnaître la loi de Y_0. à l’aide de ce qui précède, déterminer \int_0^{+ \infty} x^k h_0 \left( x \right) dx pour k \in \mathbb{N}^*.

     g) Montrer que la suite de variables aléatoires de terme général Z_n = \dfrac{Y_n}{n + 1} converge en probabilité vers une variable aléatoire constante.

 

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