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Probabilités

Les lois dérivées et la carte des lois

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Probabilités

Chapitre 18 : Les lois dérivées et la carte des lois

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

24 septembre 2026

Trois lois fabriquées

Pourquoi elles existent

Elles ne décrivent aucun phénomène économique

Aucune grandeur de gestion ne suit une loi du khi-deux. Aucun rendement ne suit une loi de Fisher.

Ces lois ne servent qu’à une chose : décrire le comportement d’une quantité calculée sur un échantillon — une variance estimée, une moyenne estimée, un rapport de variances. C’est-à-dire à faire des tests.

Elles sont toutes filles de la normale

\chi^2_k = Z_1^2 + \cdots + Z_k^2 \qquad T_\nu = \frac{Z}{\sqrt{\chi^2_\nu / \nu}} \qquad F(d_1;d_2) = \frac{\chi^2_{d_1}/d_1}{\chi^2_{d_2}/d_2}

où les Z_i sont des \mathcal{N}(0\,;1) indépendantes.

Les trois allures

Le khi-deux

Loi du khi-deux

\chi^2_k est la loi d’une somme de k carrés de normales centrées réduites indépendantes. Le nombre k s’appelle le degré de liberté.

E(\chi^2_k) = k \qquad V(\chi^2_k) = 2k

Deux conséquences visibles sur la courbe

Elle est positive : une somme de carrés ne peut pas être négative.

Elle est dissymétrique à droite, et d’autant moins que k grandit — encore le théorème central limite, puisqu’il s’agit d’une somme.

Le khi-deux au travail

Deux tests que vous rencontrerez

Test d’indépendance : dans un tableau de contingence, on compare les effectifs observés aux effectifs attendus sous indépendance. La somme des écarts au carré suit un khi-deux.

Test d’adéquation : on vérifie qu’une distribution observée est compatible avec une loi théorique — par exemple qu’un dé n’est pas truqué.

Le mot « carré » est la clé

Chaque fois qu’un test additionne des écarts au carré, un khi-deux apparaît. C’est un signe qu’on peut reconnaître sans rien connaître du test.

La loi de Student

Loi de Student

T_\nu est le rapport d’une \mathcal{N}(0\,;1) à la racine d’un khi-deux réduit, indépendants.

Elle est symétrique, centrée, en cloche — mais à queues plus épaisses que la normale. Elle tend vers \mathcal{N}(0\,;1) quand \nu \to \infty.

D’où viennent ces queues épaisses

Quand on teste une moyenne, on ne connaît pas \sigma : on l’estime. Cette estimation est elle-même incertaine.

Student est la normale corrigée de l’incertitude sur \sigma. Ses queues plus lourdes ne sont rien d’autre que le prix de cette ignorance — et ce prix diminue à mesure que l’échantillon grandit.

La loi de Student, en pratique

La règle des trente

Au-delà de \nu = 30, Student et la normale sont indiscernables en pratique.

C’est l’origine de la fameuse distinction « petit échantillon / grand échantillon » — elle n’a pas d’autre fondement.

Une seconde vie en finance

Les rendements boursiers ont des queues bien plus épaisses que la normale : les krachs sont trop fréquents pour une loi de Gauss.

On les modélise donc souvent par une loi de Student à faible degré de liberté. La loi inventée pour les petits échantillons sert aujourd’hui à mesurer le risque extrême.

La loi de Fisher

Loi de Fisher-Snedecor

F(d_1;d_2) est le rapport de deux khi-deux, chacun divisé par son degré de liberté.

Elle est positive et dissymétrique à droite, avec deux degrés de liberté — un pour chaque variance comparée.

Où on la rencontre

Elle compare deux variances. D’où sa présence systématique dans :

  • l’analyse de la variance, qui compare la dispersion entre groupes à celle à l’intérieur des groupes ;
  • le test de significativité globale d’une régression, où le fameux « F de Fisher » compare la variance expliquée à la variance résiduelle.

Si un logiciel d’économétrie affiche un F, c’est de cette loi qu’il s’agit.

La carte du cours

Toutes les lois, et leurs liens

Comment se servir de la carte

Trois questions devant un énoncé
  1. Que compte-t-on ? Des occurrences dénombrables, ou une mesure continue ?
  2. Combien de fois ? Une seule épreuve, un nombre fixé, ou une attente ?
  3. Les épreuves sont-elles indépendantes, et p constant ?

Les réponses désignent une loi. Chercher directement une formule, sans passer par ces trois questions, est la source de la plupart des erreurs.

Deux lois seulement, et six conséquences

Tout part de l’épreuve à deux issues et de l’absence de préférence. Les flèches de la carte sont des passages à la limite ou des changements de question.

Il n’y a donc pas dix lois à mémoriser : il y a deux idées et six dérivations.

Le tableau de synthèse

Les lois discrètes
Loi Question E(X) V(X)
Bernoulli \mathcal{B}(p) succès ou échec p p(1-p)
Binomiale \mathcal{B}(n;p) combien de succès sur n np np(1-p)
Géométrique rang du premier succès 1/p (1-p)/p^2
Poisson \mathcal{P}(\lambda) combien d’événements rares \lambda \lambda

Le tableau de synthèse (suite)

Les lois continues
Loi Question E(X) V(X)
Uniforme \mathcal{U}[a;b] aucune valeur privilégiée \frac{a+b}{2} \frac{(b-a)^2}{12}
Exponentielle délai avant l’événement 1/\lambda 1/\lambda^2
Normale \mathcal{N}(m;\sigma) somme de nombreuses causes m \sigma^2
Le conseil de révision

Ne mémorisez pas ce tableau ligne à ligne. Retenez la question de chaque loi ; les deux moments se retrouvent ensuite, et se vérifient sur un cas simple.

Une formule oubliée se reconstruit ; une loi mal identifiée ne se rattrape pas.

Ce qu’il faut retenir

Le résumé du chapitre

Six points
  1. Khi-deux, Student et Fisher sont fabriquées à partir de la normale ; elles ne décrivent aucun phénomène économique.
  2. \chi^2_k est une somme de carrés : positive, dissymétrique, E = k et V = 2k.
  3. Student est la normale corrigée de l’incertitude sur \sigma ; ses queues sont plus épaisses, et elle rejoint la normale au-delà de \nu = 30.
  4. Fisher est un rapport de variances : analyse de la variance et tests de régression.
  5. La carte des lois se parcourt avec trois questions, jamais avec une formule.
  6. Deux lois fondatrices — Bernoulli et uniforme — et six dérivations : c’est tout le programme.
La suite

Le cours a commencé en observant que la fréquence se stabilise. Il n’a jamais démontré pourquoi.

La septième et dernière partie le fait : la loi des grands nombres justifie l’estimation, le théorème central limite explique l’omniprésence de la cloche.

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