Distributions invariantes

À propos de cette leçon

Terminale, mathématiques expertes › Chaînes de Markov

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Distributions invariantes

Chaînes de Markov. chaîne de Markov, matrice de transition, distribution invariante

Échauffement

Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.

Découvrir

Une distribution π\pi vérifie πP=π\pi P = \pi. Que se passe-t-il à l'étape suivante ?

  1. La distribution ne change pas
  2. Elle double

L'idée clé

On cherche π\pi en résolvant un système.

π\pi est invariante si πP=π\pi P = \pi et si ses coefficients ont pour somme 1.

Exemple corrigé

P=(0,90,10,50,5)P = \begin{pmatrix} 0{,}9 & 0{,}1 \\ 0{,}5 & 0{,}5 \end{pmatrix}. Trouve π=(ab)\pi = \begin{pmatrix} a & b \end{pmatrix}.

0,9a+0,5b=a0{,}9a + 0{,}5b = a, donc 0,5b=0,1a0{,}5b = 0{,}1a
Première coordonnée de πP = π.
a=5ba = 5b, donc 6b=16b = 1
a + b = 1.
π=(5616)\pi = \begin{pmatrix} \dfrac{5}{6} & \dfrac{1}{6} \end{pmatrix}
Solution.

À toi, guidé

À toi : si a=3ba = 3b et a+b=1a + b = 1, que vaut bb ?

14\dfrac{1}{4}
4b = 1.

Entraînement ★

  1. On trouve a=5ba = 5b et a+b=1a + b = 1. Que vaut bb ?
  2. On trouve a=9ba = 9b et a+b=1a + b = 1. Que vaut bb ?
  3. On trouve a=7ba = 7b et a+b=1a + b = 1. Que vaut bb ?

Attention !

Entraînement ★★

  1. P=(1−9109106101−610)P = \begin{pmatrix} 1 - \dfrac{ 9 }{10} & \dfrac{ 9 }{10} \\ \dfrac{ 6 }{10} & 1 - \dfrac{ 6 }{10} \end{pmatrix}. Trouve la première coordonnée aa de la distribution invariante.
  2. P=(1−5105107101−710)P = \begin{pmatrix} 1 - \dfrac{ 5 }{10} & \dfrac{ 5 }{10} \\ \dfrac{ 7 }{10} & 1 - \dfrac{ 7 }{10} \end{pmatrix}. Trouve la première coordonnée aa de la distribution invariante.
  1. Problème final. P=(1−2102106101−610)P = \begin{pmatrix} 1 - \dfrac{ 2 }{10} & \dfrac{ 2 }{10} \\ \dfrac{ 6 }{10} & 1 - \dfrac{ 6 }{10} \end{pmatrix}.
  1. Comment vérifier qu'une distribution π\pi est invariante pour la matrice de transition PP ?
    1. On vérifie que πP=π\pi P = \pi
    2. On vérifie que Pπ=PP\pi = P
    3. On vérifie que π=1\pi = 1
  1. Une distribution sur deux états s'écrit (610;b)\left(\dfrac{ 6 }{10} ; b\right). Que vaut bb ?

Bilan

Trois questions pour vérifier que c'est acquis.

  1. On trouve a=5ba = 5b et a+b=1a + b = 1. Que vaut bb ?
  2. On trouve a=9ba = 9b et a+b=1a + b = 1. Que vaut bb ?
  3. On trouve a=7ba = 7b et a+b=1a + b = 1. Que vaut bb ?

Fiche résumé

Distribution invariante

  • πP=π\pi P = \pi.
  • Somme des coefficients : 1.

Attention : n'oublie pas la condition de somme.

Fin de la leçon

CC BY-SA 4.0