Adloun

Quand la cloche apparaît-elle ?

Exercice · niveau 3 (difficile) · mathématiques approfondies (ECG 1re année), chapitre 11 — Informatique et algorithmique · Fréquences, convergences et loi de Gauss

Énoncé

Reproduire l'approche expérimentale de la loi de Gauss pour trois couples très différents. Que faut-il pour que l'histogramme épouse bien la cloche — un grand seulement, ou aussi un pas trop proche de ou de ?

Corrigé


import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from math import comb, sqrt, pi, exp

def comparer(n, p, ax):
    mu, sigma = n * p, sqrt(n * p * (1 - p))
    ks = range(n + 1)
    proba = [comb(n, k) * p**k * (1 - p)**(n - k) for k in ks]
    ax.bar(list(ks), proba, width=0.9)
    x = np.linspace(max(0, mu - 4*sigma), mu + 4*sigma, 300)
    ax.plot(x, np.exp(-(x - mu)**2 / (2*sigma**2)) / (sigma*sqrt(2*pi)), "C1")
    ax.set_title("n=" + str(n) + ", p=" + str(p))

fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(12, 3))
for (n, p), ax in zip([(30, 0.5), (30, 0.02), (2000, 0.02)], axes):
    comparer(n, p, ax)
plt.show()

Ce qu'on observe.

: l'accord est excellent malgré un modeste. La loi est symétrique, , et la cloche passe par tous les sommets.

: l'accord est mauvais. Avec , la distribution est écrasée contre et fortement dissymétrique ; la gaussienne, elle, déborde dans les valeurs négatives, qui n'ont aucun sens. C'est le régime de Poisson, pas celui de Gauss.

: l'accord redevient bon. Ici et : la dissymétrie s'est résorbée.

La réponse. Un grand ne suffit pas. Ce qui compte est que et soient tous deux assez grands — la règle usuelle demande au moins ou . Autrement dit, il faut que la distribution ait la place de s'étaler des deux côtés de sa moyenne sans buter sur ou sur .

Deux limites, deux régimes : à fixé et , on tend vers Gauss ; à fixé et , on tend vers Poisson. C'est la façon de passer à l'infini qui décide, pas seul.

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.