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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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variables aléatoire, coordonnées polaires

Posté par
Zormuche
05-11-20 à 10:55

Bonjour à tous
je poste dans L2/L3 car je considère que c'est du niveau L2/L3, et aussi pour pouvoir le mettre dans le chapitre "probabilités"

X  et  Y  sont des va indépendantes gaussiennes centrées et réduites
On définit les variables  R  et  \Theta   en posant  (X, Y) = (R \cos\Theta, R \sin\Thea)
avec  R>0  et  \Theta\in[0,2\pi[

dans la suite de l'exercice, il faut déterminer la densité de  (R,\Theta) , monter qu'elles sont indépendantes et déterminer les densités marginales

Le problème, c'est que je peux facilement exprimer  R=\sqrt{X^2+Y^2} , mais je n'ai pas de formule toute simple pour  \Theta
et ça me bloque pour la suite

j'ai essayé \Theta=\arcsin\dfrac{Y}{R}  ou  \Theta=\arccos\dfrac{X}{R}  mais ce n'est pas exactement ce qu'on veut
Je comptais utiliser la méthode de la fonction muette et un changement de variable

Posté par
Zormuche
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 05-11-20 à 11:16

j'ai trouvé une formule qui marche pour  \Theta

\Theta = \mathbf{1}_{\mathbb{R}_{+}}(Y)\times \arccos\dfrac{X}{R} ~+~\mathbf{1}_{\mathbb{R}_{-}^{*}}(Y) \times \left(2\pi-\arccos\dfrac{X}{R}\right)

mais bon elle est un peu longue et compliquée à manipuler dans des intégrales
est-ce que c'est vraiment comme ça qu'il faut s'y prendre ?

Posté par
GBZM
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 05-11-20 à 11:27

Bonjour,

La densité conjointe a une expression très simple.

Posté par
Zormuche
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 05-11-20 à 11:41

la densité de la loi jointe de (R,Theta) ? je ne vois pas de façon "si simple" d'exprimer la loi jointe de deux variables dont on n'a pas d'expression claire, surtout Theta
Enfin, je vois bien que Theta suivra très certainement une loi uniforme sur [0,2pi], mais ce n'est que le fruit de mon intuition

Posté par
lionel52
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 05-11-20 à 11:58

Hello !
Je pose g le difféomorphisme  R,O => X = Rcos(O), Y = Rsin(O)

E[f(R,O)] = E[f(g^{-1}(X,Y))] = \int_R \int_R f(g^{-1}(x,y))Ae^{-(x^2+y^2)/2}dxdy

Ensuite, je repasse en coordonnées cylindriques en posant r, O = g^{-1}(x,y) et avec le jacobien qui vaut r on a ..

Posté par
GBZM
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 05-11-20 à 13:56

Zormuche @ 05-11-2020 à 11:41

je ne vois pas de façon "si simple" d'exprimer la loi jointe de deux variables dont on n'a pas d'expression claire,

La densité jointe de (x,y) s'exprime très facilement .. et son expression fait apparaître R.
et dx dy = ....

Posté par
Zormuche
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 05-11-20 à 15:15

GBZM  ça oui, la densité de (X,Y) je sais faire et si je ne me trompe pas c'est  \dfrac{1}{2\pi}e^{\frac{x^2+y^2}{2}}

mais ce qui m'embête c'est que je veux calculer  \mathbb{E}[f(R,\Theta)] par la formule de transfert mais il me manque pour cela l'expression de \Theta

lionel52 j'aime l'idée : g^{-1}  est alors l'application que je cherche puisque  g^{-1}(X,Y) = (R,\Theta)
mais pour ça il faut d'abord que je prouve que ton  g  est bijectif ?

Posté par
GBZM
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 05-11-20 à 21:15

Tu n'as pas besoin de l'expression de \theta.
Les choses vont plutôt dans l'autre sens :
Ce qui compte c'est l'expression de dx \,dy en fonction de dR\,\d\theta
(autrement dit, exprimer l'élément d'aire en coordonnées polaires).
C'est, présenté légèrement différemment, ce que te dit lionel52.

Posté par
GBZM
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 05-11-20 à 21:27

dR\,d\theta

Posté par
Zormuche
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 06-11-20 à 11:18

oui, en fait je viens de comprendre que je cherchais quelque chose dont je n'ai pas besoin
merci à tous

Posté par
Zormuche
re : variables aléatoire, coordonnées polaires 06-11-20 à 12:29

Donc après avoir fait le calcul, si je ne me suis pas trompé, la densité de (R,Theta) est

\dfrac{\mathbf{1}_{\mathbb{R}_{+}^{*} \times [0,2\pi[}(r,\theta)}{2\pi} \times e^\frac{-r^2}{2} \times r

merci de me confirmer cela



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