Calculatrice Distribution Gamma (k, theta, Erlang, PDF, CDF)
Calculatrice distribution Gamma(k, theta): PDF, CDF, survie, moments, distribution Erlang pour processus Poisson, gamma incomplete regularise normalise.
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Distribution Gamma: définition
Continue deux paramètres (k forme, theta échelle) pour variables non negatives. Generalise exponentielle (k=1), chi-deux (k=nu/2, theta=2), Erlang (k entier).
PDF: f(x) = x^(k-1) exp(-x/theta) / (theta^k Gamma(k)).
CDF: F(x) = P(k, x/theta) gamma incomplet regularise.
Survie: S(x) = Q(k, x/theta).
Exemple numérique
Gamma(2, 1): moyenne=2, var=2. P(X<=1) = 26.42 %. P(X<=2) = 59.40 %. Mediane ~ 1.678.
Forme et échelle
- k < 1: PDF decroissante singularite a 0.
- k = 1: exponentielle.
- k > 1: cloche asymetrique.
- k grand: tend vers normale.
Moments
- Moyenne: k theta.
- Variance: k theta^2.
- Ecart-type: theta sqrt(k).
- Mode: (k-1)theta pour k >= 1.
- Asymetrie: 2/sqrt(k).
- Kurtosis (exces): 6/k.
Cas particuliers
- Exp(lambda) = Gamma(1, 1/lambda).
- Erlang(k entier, lambda).
- Chi^2(nu) = Gamma(nu/2, 2).
- Maxwell-Boltzmann: k = 3/2.
Erlang et Poisson
Erlang(k, lambda) = temps k-ieme événement Poisson(lambda). Somme k exponentielles iid. P(T_k > x) = sum e^(-lambda x)(lambda x)^j/j!. Files M/E/1.
Estimation
MdM: theta = var/moy, k = moy^2/var. MLE: équation implicite digamma.
Connexions
- Somme Gamma(k_i, theta) -> Gamma(sum k_i, theta).
- Échelle c X ~ Gamma(k, c theta).
- Inverse 1/X ~ Inverse-Gamma.
- Beta X/(X+Y) ~ Beta(k1, k2).
- F: rapport chi-deux.
- Normale limite k grand.
Gamma incomplete
P(s, y) = gamma_inc(s, y)/Gamma(s). Series pour y = s+1. s entier: forme fermee Poisson somme.
Applications
- Fiabilite multi-mode.
- Files Erlang.
- Bayesien Poisson conjuguee.
- Chi-deux tests.
- Hydrologie.
- Assurance.
- Biomedicale vie.
- Telecom multi-saut.
Bayesien conjuguee
Y ~ Poisson(lambda), prior Gamma(alpha, beta) -> posterior Gamma(alpha+sum y, beta+n). Moyenne posterior (alpha+s)/(beta+n).
Histoire
Pearson (1893-1900) système courbes. Erlang (1909) trafic telephonique. Helmert (1875) chi-deux. Pearson (1900) test. Wilson-Hilferty (1931) racine cubique.
Modes calculatrice
Cinq: PDF, CDF, survie, moments, Erlang Poisson. Algorithme Numerical Recipes.
Temps d'attente, le processus de Poisson et la theorie des files
La distribution gamma a une interpretation vivante des que des evenements surviennent au hasard a un taux moyen constant, la situation decrite par le processus de Poisson. Si les evenements individuels sont espaces par des intervalles exponentiels independants, alors le temps jusqu'au k-ieme evenement est la somme de k de ces intervalles, et cette somme suit une distribution gamma de forme entiere k, le cas special appele distribution d'Erlang. Le parametre d'echelle est l'espacement moyen entre evenements, donc le temps d'attente attendu pour k arrivees est simplement k fois cet espacement.
Ce n'est pas une curiosite abstraite : c'est l'origine de la renommee technique de la distribution. Agner Krarup Erlang deduisit le cas entier en 1909 pour modeliser le trafic telephonique au central de Copenhague, en demandant combien de temps attendent les appelants et combien de lignes un standard necessite. Son travail fonda la theorie des files, et la meme mathematique dimensionne aujourd'hui les centres d'appels, les reseaux informatiques, les urgences hospitalieres et les fermes de serveurs. Partout ou un systeme doit accomplir plusieurs etapes aleatoires, ou accumuler plusieurs arrivees aleatoires, la distribution gamma donne la probabilite que le temps total reste dans un budget, ce qui est exactement ce que rapporte le mode Erlang de la calculatrice.
Pourquoi la gamma est si polyvalente : forme, echelle et comportement limite
Deux parametres donnent a la distribution gamma une flexibilite remarquable pour modeliser des donnees positives et asymetriques a droite. Le parametre d'echelle theta etire simplement l'axe horizontal, tandis que le parametre de forme k change entierement le caractere de la courbe. Pour k inferieur a un la densite diverge en zero et decroit vite, evoquant une forte concentration pres de l'origine. A k egal a un elle devient l'exponentielle sans memoire. Pour k superieur a un elle est unimodale et asymetrique, avec un pic en (k-1) fois theta, et a mesure que k croit l'asymetrie, qui vaut deux sur la racine carree de k, decroit regulierement.
Ce dernier fait pointe vers une propriete profonde : a mesure que le parametre de forme devient grand, la distribution gamma approche une normale. C'est le theoreme central limite a l'oeuvre, car une gamma de grand k entier est une somme de nombreuses exponentielles independantes. La transformation de Wilson-Hilferty exploite exactement cela, envoyant une gamma vers une normale approchee par un changement de variable en racine cubique. Entre le pic aigu des petits k et la cloche presque symetrique des grands k s'etend un continuum qui ajuste des cumuls de pluie, des montants de sinistres d'assurance, des durees de service et la variabilite de mesures biologiques, ce qui fait de la gamma un cheval de bataille de la statistique appliquee.
Mis à jour en juillet 2026
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