Que sont les axiomes de probabilité?

Une stratégie en mathématiques consiste à commencer par quelques énoncés, puis à construire plus de mathématiques à partir de ces énoncés. Les premières déclarations sont appelées axiomes. Un axiome est généralement quelque chose qui va de soi mathématiquement. À partir d'une liste relativement courte d'axiomes, la logique déductive est utilisée pour prouver d'autres déclarations, appelées théorèmes ou propositions.

Le domaine des mathématiques connu sous le nom de probabilité n'est pas différent. La probabilité peut être réduite à trois axiomes. Cela a été fait pour la première fois par le mathématicien Andrei Kolmogorov. La poignée d'axiomes qui sont la probabilité sous-jacente peut être utilisée pour déduire toutes sortes de résultats. Mais quels sont ces axiomes de probabilité?

Définitions et préliminaires

Afin de comprendre les axiomes de probabilité, nous devons d'abord discuter de quelques définitions de base. Nous supposons que nous avons un ensemble de résultats appelé l'espace d'échantillonnage S. Cet espace échantillon peut être considéré comme l'ensemble universel de la situation que nous étudions. L'espace échantillon est composé de sous-ensembles appelés événements E₁, E₂,… , E_n. 

Nous supposons également qu'il existe un moyen d'attribuer une probabilité à tout événement E. Cela peut être considéré comme une fonction qui a un ensemble pour une entrée et un nombre réel comme sortie. La probabilité de l'événement E est désigné par P(E).

Axiom One

Le premier axiome de probabilité est que la probabilité de tout événement est un nombre réel non négatif. Cela signifie que le plus petit qu'une probabilité puisse jamais être est zéro et qu'elle ne peut pas être infinie. L'ensemble des nombres que nous pouvons utiliser sont des nombres réels. Cela fait référence à la fois aux nombres rationnels, également appelés fractions, et aux nombres irrationnels qui ne peuvent pas être écrits sous forme de fractions..

Une chose à noter est que cet axiome ne dit rien sur l'ampleur de la probabilité d'un événement. L'axiome élimine la possibilité de probabilités négatives. Il reflète la notion que la plus petite probabilité, réservée aux événements impossibles, est nulle.

Axiome deux

Le deuxième axiome de probabilité est que la probabilité de tout l'espace d'échantillon est de un. Nous écrivons symboliquement P(S) = 1. Implicite dans cet axiome est la notion que l'espace d'échantillon est tout possible pour notre expérience de probabilité et qu'il n'y a aucun événement en dehors de l'espace d'échantillon.

En soi, cet axiome ne fixe pas de limite supérieure sur les probabilités d'événements qui ne sont pas la totalité de l'espace d'échantillonnage. Cela reflète que quelque chose avec une certitude absolue a une probabilité de 100%.

Axiome trois

Le troisième axiome de probabilité concerne les événements mutuellement exclusifs. Si E₁ et E₂ sont mutuellement exclusifs, ce qui signifie qu'ils ont une intersection vide et nous utilisons U pour désigner l'union, puis P(E₁ U E₂ ) = P(E₁) + P(E₂).

L'axiome couvre en fait la situation avec plusieurs événements (même infiniment infinis), dont chaque paire s'exclut mutuellement. Tant que cela se produit, la probabilité de l'union des événements est la même que la somme des probabilités:

P(E₁ U E₂ U… U E_n ) = P(E₁) + P(E₂) +… + E_n

Bien que ce troisième axiome puisse ne pas sembler aussi utile, nous verrons que combiné avec les deux autres axiomes, il est en effet assez puissant.

Applications Axiom

Les trois axiomes fixent une limite supérieure pour la probabilité de tout événement. Nous désignons le complément de l'événement E par E^C. De la théorie des ensembles, E et E^C ont une intersection vide et s'excluent mutuellement. en outre E U E^C = S, tout l'espace d'échantillonnage.

Ces faits, combinés aux axiomes, nous donnent: