On dit qu'une variable aléatoire $\mathcal{X}$ est continue si il existe une fonction continue sur $\mathbb{R}$ et positive, et telle que pour tout intervalle $I$ de $\mathbb{R}$ on a: $P(\mathcal{X}\in I)=\int_If(x)dx.$ La fonction $f$ est la fonction densité de probabilité de la variable aléatoire $\mathcal{X}$.
Soit $X$ une variable aléatoire définie sur un univers $\Omega$, de densité la fonction continue $f$ et supposons de plus que l'image de $X$ soit un intervalle $I$, c'est à dire $I=X(\Omega)=[a,b]$.
L'espérance de $X$ est le nombre $E(X)=\displaystyle\int_a^bxf(x)dx$.
Reprenons l'exemple de l'exercice précédent avec $f(x)=\Bigg\{
\begin{array}[pos]{c}
\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{4}x~~~~si~~~~x\in[0;2]\\
\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{4}x~~~~si~~~~x\in[-2;0]\\
0~~~~si~~~~x\in]-\infty;-2]\cup [2;+\infty[\\
\end{array}
$.
Soit $\mathcal{X}$ la variable aléatoire de densité $f$.
Nous avons $E(\mathcal{X})=\displaystyle\int_{-2}^2xf(x)dx$ $=\displaystyle\int_{-2}^0x(\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{4}x)dx+\displaystyle\int_{0}^2x(\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{4}x)dx$
$=\displaystyle\int_{-2}^0(\dfrac{x}{2}+\dfrac{x^2}{4})dx+\displaystyle\int_{0}^2(\dfrac{x}{2}-\dfrac{x^2}{4})dx$
$=\bigg[\dfrac{x^2}{4}+\dfrac{x^3}{12}\bigg]_{-2}^0+\bigg[\dfrac{x^2}{4}-\dfrac{x^3}{12}\bigg]_{0}^2$
$=$
Une variable aléatoire $\mathcal{X}$ suit la loi uniforme sur $[a;b]$ lorsque sa densité $f$ est la fonction définie sur $\mathbb{R}$ par: $f(x)=\Bigg\{ \begin{array}[pos]{c} \frac{1}{b-a}~~~~si~~~~x\in[a;b]\\ 0~~~~si~~~~x\not\in[a;b]\\ \end{array}$.
Soit $X$ une variable aléatoire suivant la loi uniforme sur $[a;b]$ on a:
Une variable aléatoire $X$ suit une loi exponentielle de paramètre $\lambda>0$ lorsque sa densité $f$ est la fonction définie sur $[0;+\infty[$ par:
$f(x)=\Bigg\{
\begin{array}[pos]{c}
\lambda e^{-\lambda x}~~~~si~~~~x\geq 0\\
0~~~~si~~~~x < 0\\
\end{array}.$
Par définition on a pour tout $a,b\in[0;+\infty[$
$P(a\leq x\leq b)=\int_a^b\lambda e^{-\lambda x}dx$.
Soit $X$ une variable aléatoire qui suit la loi exponentielle de paramètre $\lambda$, alors pour tous réels $a$ et $b$ tels que $0\leq a\leq b$ on a:
$P(a\leq X\leq b)=e^{-\lambda a}-e^{-\lambda b}.$
$P(X\leq b)=1-e^{-\lambda b}~~~~et~~~~P(X\geq a)=e^{-\lambda a}.$
Soit $X$ un variable aléatoire suivant la loi exponentielle de paramètre $\lambda$, alors pour tout $t\geq 0$ et $h>0$ on a: $P_{(X\geq t)}(X\geq t+h)=P(X\geq h)$.
Soit $g(x)=\lambda xe^{-\lambda x}$ pour tout $x\in[0;+\infty[$. Considérons la fonction $G(x)=(-x-\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda x}$.
Montrons que $G$ est une primitive de $g$ sur $x\in[0;+\infty[$.
$g^{'}(x)=-1\times e^{-\lambda x}+((-x-\dfrac{1}{\lambda})\times (-\lambda)e^{-\lambda x}$ $=\lambda xe^{-\lambda x}=g(x)$.
Calculons $\int_0^A\lambda xe^{-\lambda x} dx$ $=\bigg[(-x-\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda x}\bigg]_0^A$
$=[(-A-\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda A}-(-0-\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda 0}]$ $=\dfrac{1}{\lambda}-(A+\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda A}$.
$E(X)=\displaystyle\lim_{A\to+\infty}\int_0^A\lambda xe^{-\lambda x} dx$ $=\dfrac{1}{\lambda}-\displaystyle\lim_{A\to+\infty}(A+\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda A}$.
Calculons $\displaystyle\lim_{A\to+\infty}(A+\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda A}$, on a $(A+\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda A}=\dfrac{A}{e^{\lambda A}}+\dfrac{1}{\lambda}e^{-\lambda A}$.
$\Bigg\{
\begin{array}[pos]{c}
\displaystyle\lim_{A\to+\infty}\dfrac{A}{e^{\lambda A}}=0\\
\displaystyle\lim_{A\to+\infty}\dfrac{1}{\lambda}e^{-\lambda A}=0\\
\end{array}\Rightarrow \displaystyle\lim_{A\to+\infty}(A+\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda A}=0$.
Donc $\dfrac{1}{\lambda}-\displaystyle\lim_{A\to+\infty}(A+\dfrac{1}{\lambda})e^{-\lambda A}=\dfrac{1}{\lambda}$.
Soit $X$ une variable aléatoire qui suit la loi exponentielle de paramètre $\lambda$.
On définie l'espérance mathhématique de $X$ comme:
$E(X)=\displaystyle\lim_{A\to+\infty}\int_0^A\lambda xe^{-\lambda x} dx$.
On a:
$E(X)=\dfrac{1}{\lambda}$.