ROC : Espérance de la loi exponentielle

Soit \(T\hookrightarrow \mathcal E(\lambda)\) une variable aléatoire suivant une loi exponentielle de paramètre \(\lambda >0\).

Alors l'espérance de \(T\) est donnée par la formule \(\mathbb E(T)=\dfrac{1}{\lambda}\).

Question

Démontrer ce résultat.

Indice

On pourra dériver la fonction \(G : t\longmapsto -\left(t+\frac{1}{\lambda}\right) e^{-\lambda t}\).

Solution

On sait que l'espérance de la variable T se calcule par \(\mathbb E(T)=\lim\limits_{x\to +\infty} \int_0^x t f(t)~dt\).

Posons \(G : t\longmapsto -\left(t+\frac{1}{\lambda}\right) e^{-\lambda t}\).

\(G'(t)=-(e^{-\lambda t} + \left(t+\frac{1}{\lambda}\right)(-\lambda) e^{-\lambda t})\)

\(G'(t)=\lambda t\cdot e^{-\lambda t}\)

Donc G est une primitive de \(t\cdot f(t)\).

Par conséquent, on peut calculer :

\(I(x)=\int_0^x t\cdot f(t) dt=\left[-\left(t+\frac{1}{\lambda}\right) e^{-\lambda t}\right]_0^x\)

\(I(x)=\dfrac{1}{\lambda}-\left(x+\frac{1}{\lambda}\right) e^{-\lambda x}\)

Or on sait que \( \lim\limits_{x\to +\infty} e^{-\lambda x}=0\) et \( \lim\limits_{x\to +\infty} x e^{-\lambda x}=0\) puisque \(\lambda\) est positif.

On en déduit que \(\mathbb E(T)=\lim\limits_{x\to +\infty} I(x)=\frac{1}{\lambda}\).