Variation et maximum d'une loi de Poisson


Colle de mathématiques

Sujet de colle de maths:

Énoncé du sujet

Soit $X$ une variable aléatoire suivant la loi de Poisson de paramètre $\lambda$. On note $p_k=P(X=k)$.
  1. Déterminer une condition nécessaire et suffisante sur $\lambda$ pour que la suite $(p_k)$ soit décroissante.
  2. Quel est le maximum de la suite $(p_k)$ ?



Correction

Correction

On a $p_k=P(X=k)=e^{-\lambda}\dfrac{\lambda^k}{k!}$.
  1. $(p_k)$ est décroissante si et seulement si $p_{k+1}\leqslant p_k$ pour tout $k$.
    Or,
    \[\begin{array}{ll} p_{k+1}\leqslant p_k &\iff e^{-\lambda}\dfrac{\lambda^{k+1}}{(k+1)!} < e^{-\lambda}\dfrac{\lambda^k}{k!} \\[1em] &\iff \dfrac{\lambda}{k+1}<1\\[1.2em] &\iff \lambda<k+1 \enar\]

    Cette inégalité doit être vraie pour tout entier $k$; on doit donc avoir $\lambda\leqslant1$. La suite est donc décroissante lorsque $\lambda\leqslant1$.
  2. D'après le résultat précédent, si $\lambda\leqslant1$, la suite $\left( p_k\rp$ est monotone et décroissante. Son maximum est donc $p_0$.
    Maintenant, si $\lambda>1$, $\left( p_k\rp$ est croissante jusqu'à un certain rang, qu'il s'agit de déterminer. Toujours d'après le calcul précédent, on a $p_{k+1}\geqslant p_k \iff \lambda\geqslant k+1 \iff k\leqslant\lambda-1$ et la suite $\left( p_k\rp$ est donc croissante tant que $k\leqslant\lambda-1$.
    Pour $\lambda>1$, le maximum est donc atteint en la partie entière de $\lambda$.


Tag:Variables aléatoires discrètes

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