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[Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme

Posté par
hiiragi
04-11-07 à 23:22

Bonsoir voilà un calcul qui me déconcerte, je ne me souviens pas avoir déjà traité pareille somme :

\Bigsum_{k=1}^N k^n

Donc si ce calcul ne toruve pas suite, c'est la pertinence du raisonnement que je devrais remettre en cause.

Merci beaucoup.

Posté par
raymond Correcteur
[Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 04-11-07 à 23:46

Bnsoir.

Somme des termes d'une suite géométrique de raison k.

A plus RR.

Posté par
veleda
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 08:52

bonjour,
si je note SN,nla somme tu connais certainement SN,1 la somme des N premiers entiers,SN,2la somme de leurs carrés,SN,3la somme de leurs cubes ensuite c'est plus compliqué cela fait intervenir les nombres de Bernoulli si je ne me trompe pas
tu as besoin de cette somme pour la suite?

Posté par
hiiragi
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 09:40

Raymond
Somme des termes d'une suite géométrique de raison k.
Il ne s'agit pas de \Bigsum_{k=1}^N n^k

Veleda
Effectivement je connais les sommes S_{N,1}, S_{N,2}, S_{N,3} ainsi que leur démonstration respective. Je ne vois pas comment généraliser à S_{N,n}...
J'ai effectivement  besoin de ce calcul sous réserve d'un bon raisonnement en amont :

Il s'agit d'un n-tirage successif de boules avec remise.
J'ai N urnes telles que :
Soit  j\in [1,N] U_j contient j boules blanches et N+1-j noires
1 \le n \le N

En choisissant une urne au hasard, quelle est la probabilité p_n(N) d'obtenir n boules blanches.

je trouve p_n(N)=\frac{1}{N(N+1)^n} \Bigsum_{k=1}^N k^n

Je dois donc calculer cela et trouver la limite (en fixant n) de p_n(N) quand N -> \infty

Peut être me suis-je trompé...

Merci beaucoup !!

Posté par
veleda
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 10:13

la probabilité de tirer n boules blanches de l'urne Uk dans les conditions du texte c'est bien
(k/(N+1))n

le 1/N correspond à la probabilité de choisir cette urne donc c'est bien ça
1/N(de k=1 à N) (k/N+1)n
pense à une somme de Riemann cela devrait aller
ce n'est pas un vieux problème d'essec?

Posté par
raymond Correcteur
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 10:24

Bonjour.

Effectivement, j'avais mal lu ton énoncé.

En ce qui concerne la probabilité Pn(N), je trouve le même résultat que toi.

Cette question n'était-elle pas précédée d'une première partie portant sur des polynômes ?

Dois-tu calculer Pn(N) ou simplement(!) chercher sa limite si N tend vers l'infini ?

Encore désolé pour ma mauvaise interprétation de ton énoncé.

A plus RR.

Posté par
hiiragi
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 15:34

Merci pour vos réponses à tous les deux !

Veleda :
J'ai exploré la piste que tu me proposes et en effet je n'ai pas eu le reflexe d'utiliser la somme de Riemann d'ailleurs je me rend compte que je ne la maîtrise pas du tout :-/

p_n(N)=frac{1}{N} \Bigsum_{k=1}^N f(k/N+1)
Et f : (k/N+1) -> (k/N+1)^n
p_n(N)=\frac{1}{N} \int_{0}^1 f(t) dt
p_n(N)=\frac{1}{N} \int_{0}^1 t^n dt
p_n(N)=\frac{1}{N} (\frac{1^{n+1}}{n+1})

p_n(N)=\frac{1}{N(n+1)}
Lorsque N->\infty
lim p_n(N)=0 ?
J'ai dû faire une erreur dans ma somme de Riemann.
J'ai voulu tenter avec une autre fonction f : f(k/N)=(Nk/N)^n
Ce qui m'aurait donné
p_n(N)=frac{1}{N(N+1)^n} \Bigsum_{k=1}^N k^n
Et
f(k/N)=N^n(k/N)^n
p_n(N)=\frac{1}{N(N+1)^n} \int_{0}^1 f(t) dt
p_n(N)=\frac{1}{N(N+1)^n} \int_{0}^1 t^n N^n dt
p_n(N)=\frac{1}{N(N+1)^n} N^n \int_{0}^1 t^n dt
p_n(N)=\frac{1}{N(N+1)^n} N^n \frac{1^{n+1}}{n+1}
p_n(N)=\frac{1}{(n+1)(N+1)^n} N^{n-1}

La limite est ici un peu plus complexe par contre et je ne suis toujours pas sûr de la pertinence du résultat ^_^
Je ne peux pas te dire si c'est un vieux ESSEC puisque l'énoncé est manuscrit et que la source n'est pas cité mais étant donné qu'il est présenté sous forme d'exercice, c'est peût être un extrait de ce problème.
Le problème suivant est lui un HEC 2003 (Inertie d'un nuage de points ^_^)

Merci beaucoup !!!



Raymond
Il n'y avait pas de première partie sur les polynômes non, une demonstration d'une propriété classique de combinatoires (Triangle de Pascal) et divers calculs de probabilités classique précédaient cette question.
Je dois à la fois calculer p_n(N) et trouver sa limite afin d'observer le comportement de la probabilité en l'infini. J'y ai réfléchi et je pense qu'il me faudrait trouver 1/2, ce qui me semblerait le plus cohérent/logique parce que je crois distinguer des urnes dont le contenu est "symétrique".

Tu n'as vraiment pas à t'excuser, j'apprécie vraiment votre patience et intérêt pour mon problème.
Merci encore.

Posté par
veleda
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 16:27

oui il y a une erreur,le 1//N c'est le (b-a)/N le pas de la subdivision
f(t)=tn
les points de subdivision sont les xk=k/N comme on a N+1 au dénominateur on ecrira
(k/N)n(N/N+1)n
ce qui donne (N/N+1)n[1/Ndek=1àNf(xk)]
quand N->+oo (N/N+1)n->1 et la somme entre les crochets tend vers l'intégrale de f entre 0 et 1
c'est à vérifier cela donnerait 1/(n+1) ??

Posté par
veleda
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 16:42

si n=1 la probabilité devient(1/N)[1/N+2/N+3/N+........N/N]=(1/N²)(N(N+1)/2->1/2 quand N->+oo

si n=2 la probabilité est égale à N(N+1)(2N+1)/(6N3)->1/3 quand N->+oo

si n=3 la probabilité est égale à N²(N+1)²/4N4->1/4 quand N->+oo

la formule "marche" dans les trois cas

Posté par
hiiragi
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 16:49

Si je reprend ton raisonnement on écrit :

p_n(N)=(\frac{N}{N+1})^n \int_0^{1} t^n dt
Soit
p_n(N)=(\frac{N}{N+1})^n \frac{1}{(n+1)}

lim p_n(N)= \frac{1}{n+1} et je trouve comme toi.

Ca me parait étrange comme limite non ?

Posté par
hiiragi
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 16:51

Ah oui effectivement, j'hésitais à "essayer" la formule j'avais peur de me confronter à quelque chose de trop étrange.

Ca a l'air cohérent !

Merci Veleda (et Riemann du coup) ^_^

Posté par
raymond Correcteur
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 17:08

Bonjour veleda.

Ton résultat semble tout à fait correct.

As-tu une idée pour calculer effectivement Pn(N) comme le souhaite hiiragi ?

Personnellement, je ne connais que la méthode utilisant l'endomophisme f de Rn[X] défini par :

f(P)(X) = P(X+1) - P(X).

A plus RR.

Posté par
veleda
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 17:17

attention à l'écriture il faut écrire
quand N->+oo lim Pn(N)=lim(N/N+1)n01tndt
il faudrait même ne pas écrire tout de suite l'intégrale mais lim(1/Nk=1 à N(k/N+1)n )

Posté par
veleda
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 18:00

bonjour Raymond,
merci d'avoir vérifié mon résultat,je suis tellement étourdie que je me méfie de ce que j'écris
je ne connais pas d'autre methode que celle dont tu parles
j'ai déja fait un problème de sup où l'on exprimait la somme des puissances nièmes des N premiers entiers en faisant intervenir les polynômes de bernoulli mais je ne sais plus trop ce que c'était.
je ne crois pas que l'on puisse mettre Pn(N)sous une autre forme simple dans l'épreuve de
concours à laquelle je pense on demandait d'exprimer la probabilité et de calculer sa limite

Posté par
raymond Correcteur
re : [Probabilités-PrepaHEC] Calcul d'une somme 05-11-07 à 18:10

Donc, le sujet ne demandait pas d'expliciter Pn(N). C'est rassurant.

Quant-à la question de la limite, il fallait quand même avoir l'idée d'utiliser les sommes de Riemann.

Ces dernières années, j'ai travaillé avec des spé. bio et je ne les imagine pas trouver ce procédé.

A plus RR.



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