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Loi gamma : probabilités selon la forme et l'échelle

Calculez P(X ≤ x), P(X > x) et la densité d'une loi gamma à partir de sa forme k et de son échelle θ, avec son espérance, sa variance et son mode.

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Valeur hors limites

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Résultats

P(X ≤ x)

0,49633

P(X > x)
0,50367
Densité en x
0,10493
Espérance kθ
6
Variance kθ²
18
Mode (k − 1)θ, pour k ≥ 1
3

La loi gamma

La loi gamma est une loi continue positive à deux paramètres : la forme k (ou α) et l’échelle θ, inverse du taux β. Elle modélise des temps d’attente (le temps jusqu’au k-ième événement d’un processus de Poisson), des montants de sinistres en assurance, des hauteurs de pluie cumulées en hydrologie ou des durées de service. Elle englobe la loi exponentielle (k = 1) et la loi du khi-deux (k = ν/2, θ = 2).

Les formules

  • Densité : f(x) = x^(k−1) e^(−x/θ) ÷ (Γ(k) θ^k).
  • Fonction de répartition : P(X ≤ x) = P(k, x/θ), la fonction gamma incomplète régularisée.
  • Espérance kθ, variance kθ², mode (k − 1)θ pour k ≥ 1.

Attention aux deux paramétrisations : certains logiciels et manuels utilisent le taux β = 1/θ. Avec un taux de 0,5, saisissez une échelle de 2.

Exemple

Forme 2 et échelle 3, pour x = 5 :

  • P(X ≤ 5) ≈ 0,496 ;
  • P(X > 5) ≈ 0,504 ;
  • espérance 6, variance 18, mode 3.

Interprétation : si des clients arrivent en moyenne toutes les 3 minutes, le temps d’attente avant le deuxième client suit cette loi, et il y a environ une chance sur deux qu’il arrive dans les 5 minutes.

Forme et allure

  • k < 1 : densité infinie en 0, décroissante.
  • k = 1 : loi exponentielle, sans mémoire.
  • k > 1 : courbe en cloche asymétrique à droite, de plus en plus symétrique quand k augmente ; pour k grand, la loi gamma se rapproche d’une loi normale de moyenne kθ.

Estimer les paramètres

Par la méthode des moments, à partir d’une moyenne m et d’une variance v observées : k = m² ÷ v et θ = v ÷ m. Par exemple, une moyenne de 6 et une variance de 18 redonnent k = 2 et θ = 3. Le maximum de vraisemblance est plus précis mais demande une résolution numérique.

Somme de lois gamma

La somme de variables gamma indépendantes de même échelle θ suit encore une loi gamma, de forme égale à la somme des formes : c’est ce qui en fait un outil naturel pour les durées cumulées.

Questions fréquentes

Quelle différence entre échelle et taux ?

Le taux β est l'inverse de l'échelle θ : un taux de 0,5 correspond à une échelle de 2.

Quelles sont l'espérance et la variance de la loi gamma ?

Espérance kθ et variance kθ², avec la forme k et l'échelle θ.

Comment estimer les paramètres d'une loi gamma ?

Par la méthode des moments : forme = moyenne² ÷ variance et échelle = variance ÷ moyenne.

Quelles lois sont des cas particuliers de la loi gamma ?

La loi exponentielle (forme 1) et la loi du khi-deux (forme ν/2, échelle 2).

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.