Estimation de E(|X-Y|) avec des lois binomiales
Bonjour,
J'ai à résoudre un problème de probabilités mais je doute de mon résultat.
Voici le problème : Je joue à Pile ou Face, je fais $N$ lancés. Si je note $X$ le nombre de Pile obtenus, et $Y$ le nombre de Face obtenues. Quel est alors la valeur de $ \mathbb{E}( |X-Y|) $?.
Ma réponse était celle-ci :
$X \sim B(N,p)$ et $Y+X=N$.
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = \mathbb{E}( (X-Y) 1_{X-Y>0}) + \mathbb{E}( (Y-X) 1_{X-Y\leq 0})$
j'utilise $Y+X=N$, dans mon équation et j'obtiens :
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = \mathbb{E}( (2X-N) 1_{2X-N>0}) + \mathbb{E}( (N-2X) 1_{2X-N \leq 0})$
Par linéarité de l'intégrale je décompose toutes les intégrales :
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = 2 \mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) - 2 \mathbb{E}( X 1_{2X-N \leq 0} ) -N \mathbb{E} ( 1_{2X-N>0} ) +N \mathbb{E}( 1_{2X-N \leq 0} ) $
Enfin, j'utilise la relation suivante :soit $(\Omega, \mathcal{A}, \mathbb{P})$ un espace de probabilité. Si $\mathbb{E}(X)$ existe, alors on peut écrire $ \mathbb{E} (X) = \mathbb{E} (X 1_A) + \mathbb{E} (X 1_{A^c})$ avec $\forall A \in \mathcal{A}$, et $A^c$ le complémentaire de A dans $\Omega$
D'où $\mathbb{E}( X 1_{2X-N > 0} )= \mathbb{E}(X)-\mathbb{E}( X 1_{2X-N \leq 0} )$
On sait également que $\mathbb{E}( 1_{A} )=\mathbb{P}(A)$.
La relation devient :
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = 2 (\mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) -\mathbb{E} ( X)+\mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ))+ N(\mathbb{P}(2X-N \leq 0)- \mathbb{P}(2X-N>0)) $
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = 4 \mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) -2 \mathbb{E} ( X)+ N(1-2 \mathbb{P}(2X-N>0)) $
Or $\mathbb{E} ( X)= Np$, on obtient :
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = 4 \mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) + N(1-2 \mathbb{P}(2X-N>0)-2p) $
Arrivé a ce niveau j'ai l'impression que c'est faux. Si je prend que $p=0.5$, alors $\mathbb{P}(2X-N>0)=0.5$ ce qui me donne que $ \mathbb{E}( |X-Y|) = 4 \mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) - N $, et j'ai du mal à voir pourquoi $\mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) >\frac{N}{4}$
Donc est ce que mon raisonnement est correct? et si non, où ai je faux et pourquoi? :-(
J'ai à résoudre un problème de probabilités mais je doute de mon résultat.
Voici le problème : Je joue à Pile ou Face, je fais $N$ lancés. Si je note $X$ le nombre de Pile obtenus, et $Y$ le nombre de Face obtenues. Quel est alors la valeur de $ \mathbb{E}( |X-Y|) $?.
Ma réponse était celle-ci :
$X \sim B(N,p)$ et $Y+X=N$.
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = \mathbb{E}( (X-Y) 1_{X-Y>0}) + \mathbb{E}( (Y-X) 1_{X-Y\leq 0})$
j'utilise $Y+X=N$, dans mon équation et j'obtiens :
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = \mathbb{E}( (2X-N) 1_{2X-N>0}) + \mathbb{E}( (N-2X) 1_{2X-N \leq 0})$
Par linéarité de l'intégrale je décompose toutes les intégrales :
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = 2 \mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) - 2 \mathbb{E}( X 1_{2X-N \leq 0} ) -N \mathbb{E} ( 1_{2X-N>0} ) +N \mathbb{E}( 1_{2X-N \leq 0} ) $
Enfin, j'utilise la relation suivante :soit $(\Omega, \mathcal{A}, \mathbb{P})$ un espace de probabilité. Si $\mathbb{E}(X)$ existe, alors on peut écrire $ \mathbb{E} (X) = \mathbb{E} (X 1_A) + \mathbb{E} (X 1_{A^c})$ avec $\forall A \in \mathcal{A}$, et $A^c$ le complémentaire de A dans $\Omega$
D'où $\mathbb{E}( X 1_{2X-N > 0} )= \mathbb{E}(X)-\mathbb{E}( X 1_{2X-N \leq 0} )$
On sait également que $\mathbb{E}( 1_{A} )=\mathbb{P}(A)$.
La relation devient :
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = 2 (\mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) -\mathbb{E} ( X)+\mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ))+ N(\mathbb{P}(2X-N \leq 0)- \mathbb{P}(2X-N>0)) $
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = 4 \mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) -2 \mathbb{E} ( X)+ N(1-2 \mathbb{P}(2X-N>0)) $
Or $\mathbb{E} ( X)= Np$, on obtient :
$ \mathbb{E}( |X-Y|) = 4 \mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) + N(1-2 \mathbb{P}(2X-N>0)-2p) $
Arrivé a ce niveau j'ai l'impression que c'est faux. Si je prend que $p=0.5$, alors $\mathbb{P}(2X-N>0)=0.5$ ce qui me donne que $ \mathbb{E}( |X-Y|) = 4 \mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) - N $, et j'ai du mal à voir pourquoi $\mathbb{E} ( X 1_{2X-N>0} ) >\frac{N}{4}$
Donc est ce que mon raisonnement est correct? et si non, où ai je faux et pourquoi? :-(
Réponses
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Je pense que tu n'as pas fait d"erreurs et pour ton dernier point on peut remarquer que
$E[X.1_{X>N/2}]>N/2.E[1_{X>N/2}]=N/2.P[X>N/2]=N/4$
si on a bien $P[X>N/2]=1/2$ -
Merci pour ta réponse.
Je me permet d'aller un peu plus loin dans la résolution, pour voir si vraiment je ne me suis toujours pas trompé.
Maintenant je tente de donner une expression de $\mathbb{E}(X 1_{X>a})$. Je vais noter $ \Phi_{n}(a)=\matbb{P}(X>a)$ pour $X \sim B(n,p)$.
Par définition, j'ai :
\begin{align*}
\mathbb{E}(X 1_{X>a}) &= \sum_{k=a+1}^{n} k C_n^k p^k (1-p)^{n-k} \\
&= np \sum_{k=a+1}^{n} C_{n-1}^{k-1} p^{k-1} (1-p)^{n-k} \\
& \quad \text{on fait le changement de variable } m=k-1 \text{ et on trouve :} \\
\mathbb{E}(X 1_{X>a}) &= np \sum_{m=a}^{n-1} C_{n-1}^{m} p^{m} (1-p)^{n-m-1} \\
&= np \Phi_{n-1}(a-1)
\end{align*} -
J'ai pas vu d'erreurs à part le fait qu'il est préférable d'utiliser la fonction partie entière de $a$ plutôt que ta notation abusive dans ta somme mais ce n'est qu'un petit détail
-
Merci beaucoup en tout cas de tes réponses.
Je ne sais pas pourquoi je doutais de mes résultats.
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