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Cours de Statistiques Inferentielles
P. Ribereau
6 janvier 2016
2Table des matieres
1 Introduction Generale 7
I Intro generale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 II Le recueil des donnees. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 III La statistique exploratoire ou descriptive. . . . . . . . . . . . . . . . . 9 IV La statistique inferentielle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 V La modelisation statistique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 VI Un exemple simple en assurance automobile . . . . . . . . . . . . . . 1 02 Statistiques descriptives 13
I Generalites / denitions de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 II Resumes numeriques pour des variables quantitatives . . . . . . . . . 14 III Resumes graphiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 IV Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 03 Echantillonage 23
I Modele statistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Generalites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
232 Modele d'echantillonage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
233 Modele domine, vraisemblance . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 5 II Denition d'une statistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 51 Notions d'estimation et de test d'hypotheses . . . . . . . . . .
26III Quelques notions de base sur les estimateurs . . . . . . . . . . . . . . 2 7
1 Denition d'un estimateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 72 Notion de biais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
273 Convergence d'un estimateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 74 Comparaisons des estimateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . .
285 Moyenne aleatoire, variance aleatoire . . . . . . . . . . . . . .
28IV Rappels sur les vecteurs gaussiens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1 Vecteurs gaussiens et lois du2. . . . . . . . . . . . . . . . . .31
V Application a l'estimation dans un cadre normal . . . . . . . . . . . . 3 24 Estimation 35
I Hypotheses fondamentales sur la densitef(x;) . . . . . . . . . . . .3 5 II Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 61 Information de Fisher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
362 Proprietes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
373
4TABLE DES MATIERES
III Inegalite de Cramer-Rao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 Hypotheses supplementaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 72 Relation entre estimateurs ecaces . . . . . . . . . . . . . . .
393 Degradation de l'information . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 9 IV Notion d'exhaustivite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 V Exhaustivite et estimateurs ecaces; la famille exponentielle . . . . . 4 11 Le modele exponentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 12 Theoreme sur l'ecacite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42VI Quelques methodes usuelles d'estimation . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3
1 Methode empirique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 32 Methode des moindres carres . . . . . . . . . . . . . . . . . .
443 Methode des moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 44 Methode du maximum de vraisemblance : principe . . . . . .
45VII Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 VIII Generalisation au cas d'un parametre multidimensionnel . . . . . . . 47
1 Generalisation des denitions sur les estimateurs . . . . . . . .
4 72 Generalisation de l'inegalite de Cramer-Rao . . . . . . . . . .
483 Generalisation de la methode du maximum de vraisemblance .
5 05 Comportement asymptotique des estimateurs 53
I Proprietes asymptotiques de l'EMV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 31 En dimension 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 32 En dimension superieure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54II Denitions / outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4
1 Normalite et ecacite asymptotique . . . . . . . . . . . . . .
542 Proprietes de convergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
553 Methode Delta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55III Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6 Estimation par intervalle de conance 57
I Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7 II I.C. pour les parametres de la loi normale . . . . . . . . . . . . . . . 5 9 III I.C. pour une proportion (parametre de la loi binomiale) . . . . . . . 6 0 IV Construction d'I.C. asymptotiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 11 Utilisation du theoreme central limite . . . . . . . . . . . . . .
6 12 Application a la loi binomiale. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
623 Utilisation de la convergence de l'EMV . . . . . . . . . . . . .
624 Remarque sur l'intervalle de conance pour une variance hors
du cadre normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 V Recherche de regions de conance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64VI Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4
7 Generalites sur les tests 67
I Problemes de test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7 II Tests uniformement plus puissants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68III Tests fondes sur le rapport du maximum de vraisemblance . . . . . . 7 1 IV Exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2
TABLE DES MATI
ERES51 Adequation d'une moyenne pour un echantillon gaussien . . .
7 22 Comparaison de deux moyennes . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 33 Un exemple avec une loi discrete . . . . . . . . . . . . . . . .
74V Tests asymptotiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5
1 Proprietes asymptotiques des tests du maximum de vraissem-
blance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762 Tests de Wald et du score . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 78 Tests parametriques classiques 79
I Tests gaussiens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 II Tests asymptotiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 19 Quelques tests non parametriques 83
I Tests du2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 31 Loi multin^omiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
832 Loi asymptotique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
833 Test du2d'adquation a une loi . . . . . . . . . . . . . . . .8 5
4 Test du2d'independance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 6
II Test de Kolmogorov-Smirnov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88III Test de Shapiro-Wilk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89