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mathématiques appliquées (ECG 2e année) · Chapitre 13 · Exercice

Une simulation qui semble démentir le théorème

Bases de données et travaux pratiques · Travaux pratiques · niveau 3 (difficile)

Énoncé

On simule échantillons de taille d'une loi exponentielle, et l'on trace l'histogramme de la moyenne empirique centrée réduite. Il est nettement dissymétrique, avec une longue traîne à droite. Cela contredit-il le théorème limite central ? Que faut-il changer pour voir apparaître la cloche ?

Corrigé

Non, il n'y a pas de contradiction. Deux nombres jouent des rôles opposés dans cette simulation, et il faut les séparer :

  • est la taille de l'échantillon moyenné : c'est lui qui fixe quelle loi on observe, celle de ;
  • est le nombre de répétitions : il fixe seulement avec quelle finesse on dessine cette loi.

Ce que montre l'histogramme. Il dessine, très fidèlement, la vraie loi de . Or cette loi n'est pas normale : c'est la loi centrée réduite d'une somme de cinq exponentielles, qui hérite de la dissymétrie de l'exponentielle et de sa traîne à droite. L'histogramme dit donc la vérité.

Ce que dit le théorème. La convergence en loi porte sur , pas sur le nombre de tirages. Augmenter à un million ne rendrait le dessin que plus net — et plus nettement dissymétrique.

Ce qu'il faut changer. Augmenter , par exemple à , en gardant le nombre de répétitions tel quel. La cloche apparaît alors, quelle que soit la loi de départ.

Le point à retenir. Une simulation ne démontre pas un théorème asymptotique : elle l'exhibe à un donné. Confondre les deux limites — celle du théorème et celle du dessin — est l'erreur la plus fréquente devant un histogramme.

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