Rappel express
Si X suit une loi normale de moyenne μ et d’écart-type σ, alors Z = (X − μ) / σ suit la loi normale centrée réduite. On note N sa fonction de répartition, N(z) = P(Z ≤ z) :
P(X ≤ x) = N((x − μ) / σ), N(−z) = 1 − N(z)
Quantiles à retenir : N(1,645) = 95 %, N(1,96) = 97,5 %, N(2,326) = 99 %, N(2,576) = 99,5 %. Densité en z : φ(z) = e−z²/2 / √(2π).
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Définition
X suit la loi normale de moyenne μ et de variance σ² si sa densité est (1 / (σ√(2π))) exp(−(x − μ)² / (2σ²)). Dans l’écriture usuelle « X ~ N(μ, σ²) », le second paramètre est la variance, pas l’écart-type. La courbe est symétrique autour de μ. Dans toute la suite, N(z) désigne la fonction de répartition de la loi centrée réduite.
Formules à connaître
Centrer et réduire : Z = (X − μ) / σ est centrée réduite (moyenne 0, variance 1)
P(X ≤ x) = N((x − μ) / σ), P(X > x) = 1 − N((x − μ) / σ), N(−z) = 1 − N(z)
Quantile : P(X ≤ μ + zα σ) = α, avec z95 % = 1,645, z97,5 % = 1,960, z99 % = 2,326, z99,5 % = 2,576, z99,9 % = 3,090
Densité réduite : φ(z) = e−z²/2 / √(2π), φ(1,96) = 0,0584, φ(2,326) = 0,0267
Hypothèses
Le centrage suppose σ > 0. Les quantiles ci-dessus sont unilatéraux : 1,96 laisse 2,5 % dans chaque queue, donc 95 % au centre, mais 97,5 % « à gauche ». Pour une VaR à 95 %, le quantile est 1,645, pas 1,96.
Résultats utiles
Une combinaison linéaire de variables normales indépendantes est normale : aX + bY suit N(aμX + bμY, a²σX² + b²σY²). La somme de n variables normales indépendantes de même loi a pour écart-type σ√n, pas nσ. Les moments : E[Z²] = 1, E[Z⁴] = 3. Et si ln X suit une loi normale de moyenne m et d’écart-type s, X est lognormale : E[X] = exp(m + s²/2), médiane em.
Exemple corrigé
Une perte suit N(100, 20²). Probabilité qu’elle dépasse 130 ? Perte dépassée une fois sur cent ?
P(L > 130) = 1 − N((130 − 100) / 20) = 1 − N(1,5) = 1 − 0,9332 = 6,68 %
Quantile à 99 % : 100 + 2,326 × 20 = 146,5
Erreurs fréquentes
- Diviser par la variance au lieu de l’écart-type en centrant.
- Prendre 1,96 pour un quantile à 95 % unilatéral (c’est 1,645) ou 2,326 pour 99,5 % (c’est 2,576).
- Chercher N(−z) dans une table qui ne donne que z ≥ 0, ou écrire N(−z) = −N(z) : la bonne relation est N(−z) = 1 − N(z).
- Ajouter des écarts-types au lieu des variances pour une somme de variables indépendantes.
Exercices qui mobilisent cette notion
- Une probabilité sur un brownien (Calcul stochastique, facile)
- Style FRM : a parametric VaR (FRM, facile)
- La VaR d’une charge normale (Risque, facile)
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Dans le lexique
Un trou de mémoire sur une autre notion ?
Les fiches sont communes à tous les cours : une définition, les formules, les hypothèses, un exemple corrigé et les erreurs fréquentes.