Loi uniforme et ratio
Je fais cet exercice.
Réponses
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1) $ \frac{a}{2} \leq Z \leq a $ et pour $t$ dans le support, $ \{Z >t \} = \{ X <t \} \cup \{ X > t \} $ donc $Z \sim U[ \frac{a}{2} , a]$.
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2) $T+Z=a$ donc $T = (a- Z) \sim U[0, \frac{a}{2}]$
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3) $ cov(T,Z) = cov( a-Z, Z)=-cov(Z,Z)=-var(Z) = -(\frac{a}{2})^2 \frac{1}{12}$
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4) $Z-T= Z -(a-Z) = 2Z -a \sim U[0,a]$ : c'est une transformation affine d'une loi uniforme.
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5a) $Q= \frac{a}{Z} -1 $ donc $0\leq Q \leq 1$
$ 0<Q <1$ et $P(Q<t)=P(Z > \frac{a}{1+t}) = \frac{2}{1+t}$
b) $F_Q$ est continue. -
6) $W=ZT = aZ-Z^2 := \psi(Z)$
$\psi$ est un trinôme qui atteint son maximum en $\frac{a}{2}$ , son maximum vaut $\frac{a^2}{4}$
donc $ 0 \leq W \leq \frac{a^2}{4}$
Pour $0<t<\frac{a^2}{4}$, $P(W<t)= P( aZ-Z^2<t)= P(aZ- Z^2 -t <0) := P(\phi_t(Z) <0)$
$\phi_t$ a pour discriminant $\Delta= a^2 - 4t \leq 0$ pour tout $t$ dans le support de $W$
Ses racines (qui dépendent de $t$) sont $ r_1=\frac{a - \sqrt{\Delta} }{2}$ et $r_2 = \frac{a + \sqrt{\Delta} }{2}$ et $\phi$ est négative en dehors des racines donc pour $ \phi_t(z) < r_1 \cap \phi_t(z) > r_2$ or $W > \frac{a}{2}$
Donc $ P( W<t) = P(\dfrac{a + \sqrt{\Delta} }{2} < Z < a )= \dfrac{2}{a} \big( \dfrac{a}{2} - \dfrac{\sqrt{\Delta} }{2} \big)= 1 - \dfrac{\sqrt{a^2 -4t} }{a}$ -
6b)
\begin{align*}
\mathbb{E} W &= \int_{0}^{\frac{a^2}{4}} P(W>t) dt \\
&= \int_{0}^{\frac{a^2}{4}} \frac{ \sqrt{ a^2-4t} }{a} dt \\
&= \int_{0}^{\frac{a}{2}}\frac{a}{2} \sqrt{ 1 - u^2} du \\
&=\int_{0}^{ \arcsin(\frac{a}{2})} \frac{a}{2} \cos \theta \sin \theta d \theta \\
&= \frac{a}{2} \lbrack \cos^2(z) \rbrack _{0}^{ \arcsin(\frac{a}{2})} \\
&= \frac{a}{2} ( 1 - \cos^2( \arcsin(\frac{a}{2}) ) \\
&= \frac{a}{2} \sin^2( \arcsin(\frac{a}{2}) ) ) \\
&= \frac{a}{2} \frac{a^2}{4} \\
&= \frac{a^3}{8}
\end{align*} La formule $ \sin(2y)= 2 \cos y \sin y $ ne me semble pas plus rapide. Peut-on faire le calcul de l'intégrale de manière plus fluide ?
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