Adloun

La loi de Cauchy et sa médiane

Exercice · niveau 3 (difficile) · mathématiques approfondies (ECG 2e année), chapitre 13 — Travaux pratiques avec Python · Simulation de lois

Énoncé

Soit de loi de Cauchy, de densité . Montrer que n'admet pas d'espérance. Déterminer sa médiane. Que doit-on attendre, en simulation, de la moyenne empirique et de la médiane empirique ?

Corrigé

Pas d'espérance. L'espérance existe si et seulement si converge. Or sur , , dont l'intégrale diverge. L'espérance n'existe donc pas.

Attention au faux argument. On ne peut pas conclure « par symétrie l'espérance vaut » : la symétrie ne donne la valeur que si l'intégrale converge, et ici elle ne converge pas. C'est l'erreur classique sur cette loi.

Médiane. vaut pour : la médiane est . Elle existe, elle, et la loi a bien un centre.

En simulation. La moyenne empirique ne se stabilise pas : la loi faible des grands nombres ne s'applique pas, faute d'espérance, et une seule valeur extrême suffit à la déplacer. La médiane empirique, en revanche, converge vers : elle ne dépend que du rang des observations, qu'une valeur extrême ne change pas.

Ce que la simulation prouve. Rien — c'est le calcul de l'intégrale divergente qui démontre. La simulation ne fait qu'exhiber le symptôme.

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