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Sommes de variables aléatoires

🟠 Difficile

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  1. 1

    X et Y sont deux variables aléatoires indépendantes telles que E(X)=3E(X) = 3, V(X)=2V(X) = 2, E(Y)=1E(Y) = -1 et V(Y)=5V(Y) = 5.
    a) Calcule E(3X+2Y)E(3X + 2Y) et V(3X+2Y)V(3X + 2Y).
    b) Calcule l'écart-type de 3X+2Y3X + 2Y, arrondi au centième.

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    a) L'espérance est linéaire : E(3X+2Y)=3E(X)+2E(Y)=92=7E(3X + 2Y) = 3E(X) + 2E(Y) = 9 - 2 = 7.
    La variance, pour des variables INDÉPENDANTES, vérifie V(aX+bY)=a2V(X)+b2V(Y)V(aX + bY) = a^{2}V(X) + b^{2}V(Y).
    V(3X+2Y)=9×2+4×5=18+20=38V(3X + 2Y) = 9 \times 2 + 4 \times 5 = 18 + 20 = 38.

    b) σ=386,16\sigma = \sqrt{38} \approx 6{,}16.
    Attention aux carrés : les coefficients sortent au carré dans la variance, mais pas dans l'espérance.

  2. 2

    On lance deux dés équilibrés à 6 faces et on note S la somme obtenue.
    a) Calcule E(S)E(S) et V(S)V(S) en utilisant la variable X « résultat d'un dé » (on donne E(X)=3,5E(X) = 3{,}5 et V(X)=3512V(X) = \frac{35}{12}).
    b) Calcule l'écart-type de S, arrondi au centième.

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    a) S est la somme de deux variables indépendantes de même loi que X.
    E(S)=E(X)+E(X)=2×3,5=7E(S) = E(X) + E(X) = 2 \times 3{,}5 = 7.
    Les lancers sont indépendants : V(S)=V(X)+V(X)=2×3512=356V(S) = V(X) + V(X) = 2 \times \frac{35}{12} = \frac{35}{6}.

    b) σ(S)=3565,8332,42\sigma(S) = \sqrt{\frac{35}{6}} \approx \sqrt{5{,}833} \approx 2{,}42.

  3. 3

    Une variable X suit la loi binomiale B(n;p)\mathcal{B}(n \,;\, p), avec E(X)=12E(X) = 12 et V(X)=4,8V(X) = 4{,}8.
    a) Retrouve les valeurs de nn et de pp.
    b) Calcule P(X=n)P(X = n), arrondi au millième.

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  4. 4

    La loi de X est : X=2X = -2 avec la probabilité 0,3 ; X=1X = 1 avec la probabilité 0,5 ; X=4X = 4 avec la probabilité 0,2.
    a) Calcule E(X)E(X) et V(X)V(X).
    b) On pose Y=2X1Y = 2X - 1. Calcule E(Y)E(Y) et σ(Y)\sigma(Y).

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  5. 5

    X1,,X50X_{1}, \dots, X_{50} sont 50 variables indépendantes, de même loi, d'espérance 4 et de variance 9. On pose S=X1++X50S = X_{1} + \dots + X_{50}.
    a) Calcule E(S)E(S) et V(S)V(S).
    b) Calcule E(S50)E\left(\frac{S}{50}\right) et V(S50)V\left(\frac{S}{50}\right). Que remarque-t-on ?

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  6. 6

    Un jeu rapporte X euros, avec E(X)=2,5E(X) = 2{,}5 et σ(X)=1,5\sigma(X) = 1{,}5. On joue 4 parties indépendantes et on note SS le gain total.
    a) Calcule E(S)E(S) et σ(S)\sigma(S).
    b) La mise est de 2 € par partie. Le joueur est-il gagnant en moyenne ?

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  7. 7

    X et Y sont indépendantes, avec E(X)=5E(X) = 5, V(X)=4V(X) = 4, E(Y)=5E(Y) = 5 et V(Y)=4V(Y) = 4.
    a) Calcule E(XY)E(X - Y) et V(XY)V(X - Y).
    b) Pourquoi la variance de la différence n'est-elle pas nulle, alors que l'espérance l'est ?

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  8. 8

    Une variable X suit B(100;0,5)\mathcal{B}(100 \,;\, 0{,}5).
    a) Calcule E(X)E(X) et σ(X)\sigma(X).
    b) Donne l'intervalle [E(X)2σ;E(X)+2σ][E(X) - 2\sigma \,;\, E(X) + 2\sigma] et interprète-le pour 100 lancers d'une pièce équilibrée.

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  9. 9

    XX et YY sont deux variables aléatoires indépendantes, avec E(X)=5E(X) = 5, V(X)=4V(X) = 4, E(Y)=2E(Y) = 2 et V(Y)=9V(Y) = 9.
    a) Calcule E(2X3Y)E(2X - 3Y) et V(2X3Y)V(2X - 3Y).
    b) Calcule l'écart-type de 2X3Y2X - 3Y, arrondi au centième.

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  10. 10

    On répète 40 fois de façon indépendante une épreuve de Bernoulli de paramètre p=0,25p = 0{,}25, et on note SS le nombre de succès.
    a) Exprime SS comme une somme de variables et donne E(S)E(S).
    b) Calcule V(S)V(S) et σ(S)\sigma(S).

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