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Calculateur de la loi de Pareto

Calculez la densité, la probabilité cumulée, l'espérance, la médiane et la variance d'une loi de Pareto, ainsi que la part du total détenue par la fraction la plus haute de la population.

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%

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Résultats

P(X ≤ x)

0,875

Part du total détenue par la fraction la plus haute

34,2 %

P(X > x)
0,125
Densité f(x)
0,1875
Espérance (infinie si α ≤ 1)
1,5
Médiane
1,2599
Variance (infinie si α ≤ 2)
0,75

La loi de Pareto

La loi de Pareto décrit des grandeurs dominées par quelques très grandes valeurs : revenus et patrimoines, taille des villes, taille des fichiers, sinistres d’assurance, fréquence des mots. Elle doit son nom à Vilfredo Pareto, qui constata vers 1900 qu’environ 20 % de la population possédait environ 80 % des terres en Italie.

Elle a deux paramètres : une échelle xm, la plus petite valeur possible, et une forme α, qui règle l’épaisseur de la queue. Plus α est petit, plus l’inégalité est extrême.

Formules

Pour x ≥ xm :

  • densité : f(x) = α × xm^α ÷ x^(α + 1) ;
  • fonction de répartition : P(X ≤ x) = 1 − (xm ÷ x)^α ;
  • espérance : α × xm ÷ (α − 1), finie seulement si α > 1 ;
  • médiane : xm × 2^(1/α) ;
  • variance : xm² × α ÷ ((α − 1)² × (α − 2)), finie seulement si α > 2.

Exemple

xm = 1, α = 3, x = 2 :

  • P(X ≤ 2) = 1 − (1/2)³ = 0,875 : 12,5 % des valeurs dépassent 2 ;
  • densité en 2 : 3 ÷ 2⁴ = 0,1875 ;
  • espérance 1,5, médiane 1,26, variance 0,75 ;
  • les 20 % les plus hauts détiennent 0,2^(1 − 1/3) ≈ 34,2 % du total.

La règle des 80/20

Pour une loi de Pareto avec α > 1, la part du total détenue par la fraction p la plus haute de la population vaut p^(1 − 1/α). Le partage classique 80/20 correspond à α = log 5 ÷ log 4 ≈ 1,16. Avec cette valeur, le 1 % le plus haut détient environ 53 % du total : la concentration grimpe très vite dans l’extrémité de la queue.

Espérance et variance infinies

Quand α ≤ 1, l’espérance est infinie : la moyenne de l’échantillon continue de croître à mesure que les données arrivent, tirée par de rares valeurs énormes. Quand 1 < α ≤ 2, l’espérance existe mais pas la variance : les moyennes convergent lentement et les erreurs types ne sont pas fiables. Beaucoup de phénomènes réels, comme la taille des villes ou certaines pertes financières, ont un α compris entre 1 et 2.

Estimer α

Avec des données au-dessus d’un seuil xm, l’estimateur du maximum de vraisemblance est α = n ÷ Σ ln(xi ÷ xm). Sur un graphique log-log de la fonction de survie, des données de Pareto s’alignent sur une droite de pente −α.

Lois voisines

La loi log-normale produit aussi des données asymétriques, mais avec une queue plus légère. La loi exponentielle s’obtient en prenant le logarithme de données de Pareto : ln(X ÷ xm) suit une loi exponentielle de paramètre α.

Questions fréquentes

À quoi sert la loi de Pareto ?

À modéliser des données à queue lourde : revenus, patrimoines, taille des villes, sinistres d'assurance.

Quel α donne la règle des 80/20 ?

Environ 1,16, soit log 5 ÷ log 4.

Quand l'espérance d'une loi de Pareto est-elle infinie ?

Quand le paramètre de forme α est inférieur ou égal à 1.

Quelle est la fonction de répartition de la loi de Pareto ?

P(X ≤ x) = 1 − (xm ÷ x)^α pour x ≥ xm.

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