Indépendance dans urnes aléatoires

Bonjour,
j'ai un souci de probabilité sur un exercice que je vous soumets.

On lance $n$ dés (6 faces, équilibrés). Pour tout $i$, on note $D_i$ le nombre de lancers nécessaires pour obtenir un $6$ avec le dé numéro $i$. On note $Y=\min(D_1, \ldots,D_n)$ et $Z =\max(D_1,\ldots,D_n)$. On dispose alors de deux urnes : l'urne 1 contient $Y$ jetons numérotés de $1$ à $Y$ et l'urne 2 contient $Z$ jetons numérotés de $1$ à $Z$. On note $U_1$ le numéro tiré dans l'urne $1$ et $U_2$ le numéro tiré dans l'urne $2$. Je voudrais savoir si mes va $U_1$ et $U_2$ sont indépendantes.

Je sais calculer la loi des va $U_1$ et $U_2$. En conditionnant par $Y$ ou $Z$, je trouve : $$
p(U_1=k) =(1-(\frac{5}{6})^{n})\sum_{j=k}^{+\infty} \frac{1}{j}((\frac{5}{6})^{n})^{j - 1},
$$ pour tout $k$ entier naturel non nul. $$
p(U_2=k)=\sum_{j=k}^{+\infty} \frac{1}{j}((1 -(\dfrac{5}{6})^{j}))^n - (1 -(\dfrac{5}{6})^{j-1}))^n).

$$ J'aimerais calculer la loi du couple $(U_1,U_2)$ mais je ne sais pas comment m'y prendre car il faudrait conditionner en même temps par $Y$ et $Z$, ce qui me paraît délicat. Et si je voulais calculer la covariance (en espérant qu'elle soit non nulle), il me faudrait la loi du produit $U_1U_2$ qui me paraît elle aussi hors d'atteinte.

Enfin, j'ai calculé la limite de $p(U_1=k)$ quand le nombre $n$ de dés tend vers l'infini. On trouve que cette proba tend vers 0, sauf si $k=1$, ce qui me semble totalement raisonnable. Je voudrais aussi calculer la limite de $p(U_1=k)$ quand le nombre $n$ de dés tend vers l'infini. Mais je coince : pour $U_2$, j'ai appliqué le théorème d'inversion somme/limite assez facilement puisque le terme général de la somme est décroissant en $n$. Mais ce n'est pas le cas pour $U_2$, donc je suis coincé aussi.

Réponses

  • Quelle est la question, exactement ? Ceci : ... ?
    Je voudrais savoir si mes va $U_1$ et $U_2$ sont indépendantes.

    Si la question est celle au dessus (il me semble très intuitif que $U_1,U_2$ ne sont pas indépendantes, et qu'elles sont positivement corrélées, car $U_1 \le Y$ et $U_2 \le Z$, avec $Y\le Z$, même si ce n'est pas suffisant pour répondre !), il n'y a sans doute pas besoin de faire ceci :
    J'aimerais calculer la loi du couple $(U_1,U_2)$
    mais seulement des cas particuliers bien choisis, et encore moins ça :
    j'ai calculé la limite de $p(U_1=k)$ quand le nombre $n$ de dés tend vers l'infini.
  • Par exemple, si je ne me trompe pas, pour tout $k\ge 1$, on a :
    $$0<P_{[U_1=k]}(U_2=1) \le \frac{1}{k}.$$
  • Désolé si je n'ai pas été clair. Ma question initiale est "$U_1$ et $U_2$ sont-elles indépendantes ?". Pour cela, j'ai 2 "pistes de base" :
    - calculer la loi du couple
    - calculer la covariance
    Aucune des deux méthodes ne me paraît satisfaisante (et je n'arrive au bout d'aucune). Je sens bien qu'elles ne vont pas être indépendantes, mais comment le prouver proprement ?
    Parfois, on arrive à trouver un événement du couple vide (c'est sans doute ce que tu suggères), mais je n'en vois pas ici.

    Ensuite, je voulais au passage (et sans aucun lien avec l'indépendance) calculer mes limites quand le nombre de boules tend vers l'infini.

    Edit : j'ai répondu avant ton deuxième message, je lis ça
  • Si tu as une infinité de boules de dés, alors $Y\to1$, donc $U_1\to1$, et $Z\to\infty$, donc $U_2\to\infty$ aussi, je dirais.
  • Intuitivement $U_1$ et $U_2$ ne sont pas indépendantes. J'utiliserais $\Pr(U_1=U_2=1\mid Y,Z)=1/YZ$ et montrerais que $E(1/YZ)\neq E(1/Y)E(1/Z)$ alors que la loi jointe de $Y,Z$ est donnée par $\Pr(y<Y\leq Z\leq z)=(q^y-q^z)^n.$ Mais je ne sais pas comment éviter le laborieux calcul de $\Pr(Y=y, Z=z)$ (ici $q=5/6$ mais c'est parasite).
  • Une meilleure idee.

    Lemme: soit $(Y,Z)$ et $(U_1,U_2) $ deux va de $\{1,2,\ldots\}^2$ telles que la loi conditionnelle de $(U_1,U_2) $ sachant $(Y,Z)$ est uniforme sur le rectangle $\{1,\ldots,Y\}\times \{1,\ldots,Z\}.$ Alors $U_1$ et $U_2$ sont independantes si et seulement si $Y$ et $Z$ sont independantes.


    Demonstration: soit $f(s,t)=\mathbb{E}(s^Yt^Z)$. Alors
    $$\mathbb{E}(s^{U_1}t^{U_2})=\mathbb{E}[\mathbb{E}(s^{U_1}t^{U_2}|Y,Z)]=\frac{1}{1-s}\frac{1}{1-t}\mathbb{E}[(s-s^Y)(t-t^Y)]\stackrel{??}{=}\frac{1}{1-s}\frac{1}{1-t}\mathbb{E}(s-s^Y)\mathbb{E}(t-t^Y)$$ L'egalite ?? est realisee si et seulement si $f(s,t)=f(s,1)f(1,t).$



    L'application au probleme du fil est evidente car $Y\leq Z$ entraine que $Y$ et $Z$ ne sont pas independantes puisque le support de la loi de $(Y,Z)$ n'est pas un produit.
  • Du forum on tire des plaisirs varies. Et personne ne s'attend a etre remercie pour avoir resolu une grille de mots croises.
  • Est-ce que tu sais, P, si ça a un nom consacré, le procédé de prendre une loi $X$ à valeurs entières et de tirer $X'$ dans une urne $[1:X]$ ou $[0:X]$ boules, indépendamment de tout ?

    Parce que par exemple, c'est la relation entre le rang d'apparition $X$ du deuxième succès dans un schéma de Bernoulli et celui $X'$ du premier succès.
  • Pas de nom particulier a ma connaissance. Dans le cas $[0,X]$ c'est surtout utilise quand $X$ est Poisson.
  • Merci de vos réponses. Je n'ai pas encore eu le temps de regarder correctement, mais je vais le faire dès que j'aurai plus de temps.
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.