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Simulation des lois usuelles avec Matlab 1/25
1 Lois discrètes
1.1 Loi de Bernoulli de paramètreθ, notéeBer(θ)
∀x ∈ {0, 1} , P (X = x) = θx (1 − θ)1−x
E[X] = θ V ar[X] = θ (1 − θ)
fonction generatrice GX(t) = E[tX ] = 1 − θ + θ t.
1.2 Loi Binomiale de paramètres(n, θ), notéeBin(n, θ)
∀k ∈ {0, 1, . . . , n} , P (X = k) = Ckn θk (1 − θ)n−k
E[X] = n θ V ar[X] = n θ (1 − θ)
fonction generatrice GX(t) = E[tX ] = (1 − θ + θ t)n.
Exemple
On considère une urne contenantN boules,N1 boule rouges,N2 = N−N1 boulesnoires. On en tire par hasardn boules avec remise. SoitX la variable aléatoire
égale au nombre de boules rouges tirées. Posonsp =N1
N, on a :
P (X = k) = Ckn pk (1 − p)n−k , ∀k ∈ {0, 1, . . . , n}.
Propriétés
➊.➋.➊. Si X suit une loiBin(n, θ), alorsn − X suit une loiBin(n, 1 − θ).
➊.➋.➋. SiX1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépendantes suivant la mêmeloi Ber(θ), alorsSn = X1 + . . . + Xn suit une loiBin(n, θ).
K D.GHORBANZADEH
2/25 Simulation des lois usuelles avec Matlab
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 n=20;5 theta=0.2;6 nb=2000;7 R=binornd(n,theta,nb,1);8 hist(R)9 x=0:1:max(R);
10 p1=nb*binopdf(x,n,theta);11 hold on12 plot(x,p1,’*k’,’linewidth’,1);13 box off14 hold off
rhbino.m
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
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FIG. 1 – simulation de la loiBin(n, θ)
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Simulation des lois usuelles avec Matlab 3/25
1.3 Loi géométrique de paramètreθ, notéeGeo(θ)
∀k ∈ N⋆ , P (X = x) = θ (1 − θ)k−1
E[X] =1
θV ar[X] =
1 − θ
θ2
fonction generatrice GX(t) = E[tX ] =θ t
1 − (1 − θ)t.
◮ Remarque
Dans certains ouvrages la loiGeo(θ) est présentée sous la forme :
∀k ∈ N , P (X = x) = θ (1 − θ)k.
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 theta=.13;5 nb=500;6 R = geornd(theta,nb,1);7 hist(R)8 x=0:1:max(R);9 p1=2*nb*geopdf(x,theta);
10 hold on11 plot(x,p1,’*k’);12 box off13 hold off
rhgeo.m
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0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
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FIG. 2 – simulation de la loiGeo(θ)
1.4 Loi Binomiale Négative de paramètres(n, θ), notéeBN (n, θ)
∀n ∈ N⋆ , ∀k ∈ N , P (X = k) = Ck
n+k−1 θn (1 − θ)k
E[X] =n
θV ar[X] =
n (1 − θ)
θ2
fonction generatrice GX(t) = E[tX ] =
(
θ t
1 − (1 − θ)t
)n
.
Propriété
Si X1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépendantes suivant la même loiGeo(θ), alorsSn = X1 + . . . + Xn suit une loiBN (n, θ).
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Simulation des lois usuelles avec Matlab 5/25
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 theta=.3;5 N=5;6 nb=500;7 R = nbinrnd(N,theta,nb,1);8 hist(R)9 x=0:1:max(R);
10 p1=3.2*nb*nbinpdf(x,N,theta);11 hold on12 plot(x,p1,’*k’);13 box off14 hold off
rhbineg.m
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
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FIG. 3 – simulation de la loiBN (n, θ)
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1.5 Loi de Poisson de paramètreλ, notéeP(λ)
∀k ∈ N , P (X = k) = e−λ λk
k!
E[X] = λ V ar[X] = λ
fonction generatrice GX(t) = E[tX ] = eλ (1−t).
Propriété
Si X1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépendantes de lois respectives :
P(λ1), . . . ,P(λn), alorsSn = X1 + . . . + Xn suit une loiP(
n∑
k=1
λk).
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 lambda=7;5 nb=1000;6 R = poissrnd(lambda,nb,1);7 hist(R)8 x=0:1:max(R)+1;9 p1=1.7*nb*poisspdf(x,lambda);
10 hold on11 plot(x,p1,’*k’,’linewidth’,1);12 box off13 hold off
rhpois.m
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
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FIG. 4 – simulation de la loiP(λ)
1.6 Loi Uniforme sur un ensemble de cardinal fini
∀k ∈ {1, . . . , N} , P (X = k) =1
N
E[X] =N + 1
2V ar[X] =
N2 − 1
12.
1.7 Loi d’une variable aléatoire presque sûrement égale à unevaleur constantex0
P (X = x0) = 1
E[X] = x0 V ar[X] = 0
fonction generatrice GX(t) = E[tX ] = tx0.
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8/25 Simulation des lois usuelles avec Matlab
2 Lois continues
2.1 Loi Uniforme sur l’intervalle [a, b], notéeU([a, b])
densite fX(x) =1
b − al1[a,b](x)
fonction de repartition FX(x) =
0 si x ≤ 0
x − a
b − asi a < x < b
1 si x ≥ b
E[X] =a + b
2V ar[X] =
(b − a)2
12
fonction caracteristique ϕX(t) = E[ei tX ] =ei bt − ei at
i t(b − a).
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 a=2;5 b=7;6 nb=1000;7 R = unifrnd(a,b,nb,1);8 hist(R)9 x = a:0.1:b;
10 p1=.55*nb*unifpdf(x,a,b);11 hold on12 plot(x,p1,’k’,’linewidth’,2);13 box off14 hold off
rhunif.m
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2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 70
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FIG. 5 – simulation de la loiU([a, b])
2.2 Loi Triangulaire sur l’intervalle [−a, a], notée∆([−a, a])
densite fX(x) =1
a(1 − | x |
a) l1[−a,a](x)
fonction de repartition FX(x) =
0 si x ≤ −a
(x + a)2
2a2si − a ≤ x ≤ 0
1 − (a − x)2
2a2si 0 ≤ x < a
1 si x ≥ a
E[X] = 0 V ar[X] =a2
6
fonction caracteristique ϕX(t) = E[ei tX ] =
sinat
2at
2
2
.
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10/25 Simulation des lois usuelles avec Matlab
Propriété
SiX etY sont deux variables aléatoires indépendantes suivant la même loiU([0, a]),alorsX − Y suit une loi∆([−a, a]).
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 a=3; nb=1000;5 X = unifrnd(0,a,nb,1); %loi uniforme6 Y = unifrnd(0,a,nb,1); %loi uniforme7 hist(X-Y)8 x = -1-a:0.1:a+1;9 p1=.55*nb*(1/a)*(1-abs(x)./a).*(x>=-a & x<=a);
10 hold on11 plot(x,p1,’k’,’linewidth’,2);12 box off13 hold off
rhtriag.m
−4 −3 −2 −1 0 1 2 3 40
20
40
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140
160
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FIG. 6 – simulation de la loi∆([−a, a])
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2.3 Loi Normale de paramètres(m, σ2), notéeN (m, σ2)
densite fX(x) =1
σ√
2 πe−
(x − m)2
2σ2
E[X] = m V ar[X] = σ2
fonction caracteristique ϕX(t) = E[ei tX ] = exp(i mt − 1
2σ2t2)
transformee de Laplace ϕX(t) = E[etX ] = exp(mt +1
2σ2t2).
Propriétés
➋.➌.➊. La densité et la fonction de répartition de la loiN (0, 1) sont notées par :
ϕ(x) =1√2 π
e−x2
2 Φ(x) =
∫ x
−∞
ϕ(t) dt.
➋.➌.➋. Pourx ∈ R on a : Φ(x) + Φ(−x) = 1.
➋.➌.➌. Pourα ∈]0, 1[ on a : Φ−1(α) + Φ−1(1 − α) = 0 , où Φ−1 désigne lafonction réciproque deΦ.
➋.➌.➍. Si X suit une loiN (m, σ2), alors pourα 6= 0 et pour toutβ, α X ± βsuit une loiN (αm ± β, α2 σ2).
➋.➌.➎. Si X suit une loiN (m, σ2), alorsX − m
σsuit une loiN (0, 1).
➋.➌.➏. Si X1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépandantes suivant des
lois :N (m1, σ21), . . . ,N (mn, σ
2n), alors
n∑
k=1
αk Xk suit une loiN (n∑
k=1
αk mk,n∑
k=1
α2k σ2
k).
➋.➌.➐. SiX1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépandantes suivant la même
loi N (m, σ2). Alors Xn =1
n
n∑
i=1
Xi et S2n =
1
n − 1
n∑
i=1
(
Xi − Xn
)2sont indé-
pendants.
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12/25 Simulation des lois usuelles avec Matlab
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 m=7;5 sigma2=13;6 nb=2000;7 R= normrnd(m,sqrt(sigma2),nb,1);8 hist(R)9 x=m-4*sqrt(sigma2):0.01:m+4*sqrt(sigma2);
10 p1=2*nb*normpdf(x,m,sqrt(sigma2));11 hold on12 plot(x,p1,’k’,’linewidth’,2);13 box off14 hold off
rhnormal.m
−10 −5 0 5 10 15 20 250
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FIG. 7 – simulation de la loiN (m, σ2)
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2.4 Loi Exponentielle de paramètreλ, notéeExp(λ)
densite fX(x) = λ e−λ x l1]0,∞[(x)
fonction de repartition FX(x) =
0 si x ≤ 0
1 − e−λ x si x > 0
E[X] =1
λV ar[X] =
1
λ2
fonction caracteristique ϕX(t) = E[ei tX ] =1
1 − i t
λ
.
Propriété
SiX est une variable aléatoire de loiU(]a, b[), alors les variables aléatoires−1
λlog
(
X − a
b − a
)
et−1
λlog
(
b − X
b − a
)
suivent la même loiExp(λ).
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 lambda=1/4;5 nb=1000;6 R = exprnd(lambda,nb,1);7 hist(R)8 x=min(R):0.01:max(R);9 p1=130*exppdf(x,lambda);
10 hold on11 plot(x,p1,’k’,’linewidth’,2);12 box off13 hold off
rhexp.m
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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80
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FIG. 8 – simulation de la loiExp(λ)
2.5 Loi Gamma de paramètres(a, b), notéeγ(a, b)
densite fX(x) =ba
Γ(a)xa−1 e−b x l1]0,∞[(x)
∀k ∈ N E[Xk] =Γ(a + k)
bk Γ(a), E[X] =
a
bV ar[X] =
a
b2
fonction caracteristique ϕX(t) = E[ei tX ] =1
(
1 − i t
b
)a .
Propriétés
➋.➎.➊. Exp(λ) ≡ γ(1, λ).
➋.➎.➋. Si X suit une loiγ(a, b), alors∀α > 0 , αX suit une loiγ(a,b
α).
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Simulation des lois usuelles avec Matlab 15/25
➋.➎.➌. Si X suit une loiγ(a, b), alors la densité de la loi de1
Xest définie par :
f 1
X
(x) =ba
Γ(a)
e−
b
x
xa+1l1]0,∞[(x).
➋.➎.➍. Si X suit une loiγ(a, b), alors poura > 2 on a :
E[1
X] =
b
a − 1V ar[
1
X] =
b2
(a − 1)2 (a − 2).
➋.➎.➎. Si X suit une loiγ(a, b), alors pourα > 0, la densité de la loi deX1
α estdéfinie par :
fX
1α(x) =
α ba
Γ(a)xα a−1 e−b xα
l1]0,∞[(x).
➋.➎.➏. SiX1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépendantes de lois respec-
tives :γ(a1, b), . . . , γ(an, b), alorsSn = X1 + . . . + Xn suit une loiγ(
n∑
k=1
ak, b).
➋.➎.➐. SiX1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépendantes suivant la même
loi Exp(λ), alors1
n
n∑
k=1
Xk suit une loiγ(n, n λ).
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 a=3;5 b=1/2;6 nb=1000;7 R = gamrnd(a,b,nb,1);8 hist(R)9 x=0.00001:0.01:max(R);
10 p1=(nb/2)*gampdf(x,a,b);11 hold on12 plot(x,p1,’k’,’linewidth’,2);13 box off14 hold off
rhgamma.m
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16/25 Simulation des lois usuelles avec Matlab
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FIG. 9 – simulation de la loiγ(a, b)
2.6 Loi Beta de paramètres(a, b), notéeβeta(a, b)
densite fX(x) =1
β(a, b)xa−1 (1 − x)b−1 l1]0,1[(x)
oùβ(a, b) désigne la fonctionBeta définie par :
β(a, b) = β(b, a) =
∫ 1
0
xa−1 (1 − x)b−1 dx =Γ(a) Γ(b)
Γ(a + b).
∀k ∈ N E[Xk] =Γ(a + b) Γ(a + k)
Γ(a) Γ(a + b + k)
E[X] =a
a + bV ar[X] =
a b
(a + b + 1) (a + b)2.
Propriétés
➋.➏.➊. SoitFa,b la fonction de répartition de la loiβeta(a, b) etF−1a,b la fonction
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Simulation des lois usuelles avec Matlab 17/25
réciproque deFa,b. Alors, elles vérifient les relations suivantes :
∀x ∈]0, 1[ , Fa,b(x) = 1 − Fb,a(1 − x)
∀α ∈]0, 1[ , F−1a,b (α) + F−1
b,a (1 − α) = 1.
➋.➏.➋. SiX etY sont deux variables alátoires indépendantes de lois respectives :
γ(a1, b) etγ(a2, b), alorsX
X + Ysuit une loiβeta(a1, a2).
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 a=4; b=3;5 nb=1200;6 R = betarnd(a,b,nb,1);7 hist(R)8 x=0:0.01:1;9 p1=100*betapdf(x,a,b);
10 hold on11 plot(x,p1,’k’,’linewidth’,2);12 box off13 hold off
rhbeta.m
2.7 Loi Beta de deuxième espèce de paramètres(a, b), notéeβII(a, b)
densite fX(x) =1
β(a, b)
xa−1
(1 + x)a+bl1]0,∞[(x)
∀k < b E[Xk] =Γ(a + k) Γ(b − k)
Γ(a) Γ(b)
E[X] =a
b − 1V ar[X] =
a (a + b − 1)
(b − 2) (b − 1)2.
Propriétés
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0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
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150
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FIG. 10 – simulation de la loiβeta(a, b)
➋.➐.➊. Soit Fa,b la fonction de répartition de la loiβII(a, b) et F−1a,b la fonction
réciproque deFa,b. Alors, elles vérifient les relations suivantes :
∀x ∈]0,∞[ , Fa,b(x) = 1 − Fb,a(1
x)
∀α ∈]0, 1[ , F−1a,b (α) =
1
F−1b,a (1 − α)
.
➋.➐.➋. Si X suit une loiβeta(a, b), alorsX
1 − Xsuit une loiβII(a, b).
K D.GHORBANZADEH
Simulation des lois usuelles avec Matlab 19/25
2.8 Loi Chi-deux àm degrés de liberté notéeχ2m
densite fX(x) =1
2m/2 Γ(m2)
xm/2−1 e−x
2 l1]0,∞[(x)
∀k ∈ N E[Xk] = 2kΓ(m
2+ k)
Γ(m2)
E[X] = m V ar[X] = 2 m.
K D.GHORBANZADEH
20/25 Simulation des lois usuelles avec Matlab
Propriétés
➋.➑.➊. SiX1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépendantes de lois respec-
tives :χ2m1
, . . . , χ2mn
, alorsSn = X1+ . . .+Xn suit une loiχ2m avecm =
n∑
k=1
mk.
➋.➑.➋. SiX1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépendantes de lois respec-
tives :N (µ1, σ21), . . . ,N (µn, σ
2n), alors
n∑
k=1
(
Xk − µk
σk
)2
suit une loiχ2n.
➋.➑.➌. SiX1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépendantes suivant la même
loi N (µ, σ2), alorsn∑
k=1
(
Xk − Xn
σ
)2
suit une loiχ2n−1 oùXn =
1
n
n∑
k=1
Xk.
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 m=6;5 nb=1000;6 R = chi2rnd(m,nb,1);7 hist(R)8 x=0.0001:0.01:max(R);9 p1=2*nb*chi2pdf(x,m);
10 hold on11 plot(x,p1,’k’,’linewidth’,2);12 box off13 hold off
rhchi2.m
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0 5 10 15 20 25 300
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FIG. 11 – simulation de la loiχ2m
2.9 Loi de Student àm degrés de liberté notéeTm
densite fX(x) =1√
m β(m2, 1
2)
(
1 +x2
m
)−m+1
2
E[X] = 0 ∀m > 2 , V ar[X] =m
m − 2.
Propriétés
➋.➒.➊. Si X etY sont des variables aléatoires indépendantes de loi respectives :
N (0, 1) etχ2m, alors
X√
Y/msuit une loiTm.
➋.➒.➋. SiX1, . . . , Xn sont des variables aléatoires indépendantes suivant la même
loi N (µ, σ2), alors
√n (Xn − µ)
Snsuit une loiTn−1 oùXn =
1
n
n∑
k=1
Xk etS2n =
1
n − 1
n∑
k=1
(Xk − Xn)2.
K D.GHORBANZADEH
22/25 Simulation des lois usuelles avec Matlab
1 clear all2 map(1,:) = [rand rand rand];3 colormap(map)4 m=19;5 nb=1700;6 R = trnd(m,nb,1);7 hist(R)8 x=-1+min(R):0.01:max(R)+1;9 p1=.7*nb*tpdf(x,m);
10 hold on11 plot(x,p1,’k’,’linewidth’,2);12 box off13 hold off
rhstud.m
−6 −4 −2 0 2 4 60
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
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FIG. 12 – simulation de la loiTm
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Simulation des lois usuelles avec Matlab 23/25
2.10 Loi de Fisher à(m, n) degrés de liberté, notéeFm,n
densite fX(x) =
(m
n
)m
2
β(m2, n
2)
(
1 +m
nx)−
m+n
2
xm
2−1 l1]0,∞(x)
si n > 2 : E[X] =n
n − 2
si n > 4 : V ar[X] =2n2(m + n − 2)
m(n − 4)(n − 2)2.
Propriétés
➋.➓.➊. Soit Fm,n la fonction de répartition de la loiFm,n et F−1m,n la fonction
réciproque deFm,n. Alors, elles vérifient les relations suivantes :
∀x ∈]0,∞[ , Fm,n(x) = 1 −Fn,m(1
x)
∀α ∈]0, 1[ , F−1m,n(α) =
1
F−1n,m(1 − α)
.
➋.➓.➋. Si X suit une loiFm,n, alors1
Xsuit uneFn,m.
➋.➓.➌. Si X suit une loiTm, alorsX2 suit uneF1,m.
➋.➓.➍. SiX etY sont des variables aléatoires indépendantes de lois respectives :
χ2m etχ2
n, alorsX/m
Y/nsuit une loiFm,n.
➋.➓.➎. Si X suit une loiβII(a, b), alorsb
aX suit uneF2a,2b.
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24/25 Simulation des lois usuelles avec Matlab
3 Quelques relations entre les lois usuelles
3.1 Binomiale et Poisson
La loi Binomiale de paramètres(n, p) est approximée par la loi dePoisson deparamètreλ, pourn → ∞, p → 0 avecnp → λ.
En pratique, cette approximation est faite sip < 0, 5 etn > 20.
3.2 Binomiale et Normale
La loi Binomiale de paramètres(n, p) est approximée par la loinormale de moyennenp et varaincenp(1 − p), pourn → ∞ avec0 < p < 1.
En pratique, cette approximation est faite sinp(1 − p) > 9.
• Si X est une varaible aléatoire de loiBinomiale de paramètres(n, p), avecnp(1 − p) > 9 ; alors, on a l’approximation suivante :
P (a ≤ X ≤ b) ≈n>36
Φ
(
b − np√
np(1 − p)
)
− Φ
(
a − np√
np(1 − p)
)
oùΦ désigne la fonction de répartition de la loinormale de moyenne0 et variance1.
3.3 Poisson et Normale
La loi dePoisson de paramètreλ est approximée par la loinormale de moyenneλ et varainceλ, pourλ → ∞.
En pratique, cette approximation est faite siλ ≥ 20.
• Si X est une varaible aléatoire de loiPoisson de paramètreλ, avecλ ≥ 20 ;alors, on a l’approximation suivante :
P (a ≤ X ≤ b) ≈λ≥20
Φ
(
b − λ√λ
)
− Φ
(
a − λ√λ
)
3.4 Khi-deux et Normale
La loi de Khi-deux à m degrés de libeté est approximée par la loinormale demoyennem et varaince2m, pourm > 30.
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Simulation des lois usuelles avec Matlab 25/25
Résumé des commandes MATLAB
Lois Discrètes
loi P (X = x) simulation deX FX(x) F−1
X (α)
Ber(θ) binopdf(x, 1, θ) X = binornd(1, θ, N, M) binocdf(x, 1, θ) binoinv(α, 1, θ)
Bin(n, θ) binopdf(x, n, θ) X = binornd(n, θ, N, M) binocdf(x, n, θ) binoinv(α, n, θ)
Geo(θ) geopdf(x, θ) X = geornd(θ, N, M) geocdf(x, θ) geoinv(α, θ)
BN (n, θ) nbincdf(x, n, θ) X = nbinrnd(n, θ, N, M) nbincdf(x, n, θ) nbininv(α, n, θ)
P(λ) poisspdf(x, λ) X = poissrnd(λ, N, M) poisscdf(x, λ) poissinv(α, λ)
U({1, . . . , n}) unidpdf(x, n) X = unidrnd(n, N, M) unidcdf(x, n) unidinv(α, n)
Lois Continues
loi fX(x) simulation deX FX(x) F−1
X (α)
U(a, b) unifpdf(x,a,b) X = unifrnd(a, b, N, M) unifcdf(x, a, b) unifinv(α, a, b)
N (µ, σ2) normpdf(x, µ, σ) X = normrnd(µ, σ, N, M) normcdf(x, µ, σ) norminv(α, µ, σ)
Exp(λ) exppdf(x,1
λ) X = exprnd(
1
λ, N, M) expcdf(x,
1
λ) expinv(α,
1
λ)
γ(a, b) gampdf(x, a,1
b) X = gamrnd(a,
1
b, N, M) gamcdf(x, a,
1
b) gaminv(α, a,
1
b)
βeta(a, b) betapdf(x, a, b) X = betarnd(a, b, N, M) betacdf(x, a, b) betainv(α, a, b)
χ2
m chi2pdf(x, m) X = chi2rnd(m, N, M) chi2cdf(x, m) chi2inv(α, m)
Tm tpdf(x, m) X = trnd(m, N, M) tcdf(x, m) tinv(α, m)Fm,n fpdf(x, m, n) X = frnd(m, n, N, M) fcdf(x, m, n) finv(α, m, n)
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