Additionner des variables aléatoires permet de décrire un gain total, une production cumulée ou le nombre de succès de plusieurs expériences. L'intérêt majeur est de calculer l'espérance sans construire toute la loi de la somme.
La variance exige davantage de prudence : l'indépendance garantit l'additivité des variances, mais on ne dispose pas de cette garantie pour des variables quelconques. Confondre cette condition suffisante avec la linéarité toujours valable de l'espérance produit des conclusions fausses sur la dispersion.
Définir une opération entre variables
Somme et transformation affine
Pour chaque issue , la variable associe . La variable transforme de même chaque valeur prise par X.
Pour trouver la loi complète de X+Y, on regroupe toutes les issues qui donnent la même somme. Lorsque les variables sont indépendantes et finies, on peut utiliser un tableau à double entrée : chaque case contient une somme et le produit des probabilités correspondantes.
Calculer une espérance sans établir la loi
Linéarité de l’espérance
Pour des variables aléatoires X et Y possédant une espérance et des réels a, b, . L'indépendance n'est pas nécessaire.
Cette propriété est particulièrement puissante pour compter. Si X est le nombre total de réussites, on peut écrire X comme somme d'indicatrices valant 1 ou 0. L'espérance totale est alors la somme des probabilités de réussite, même lorsque calculer la loi de X serait long.
Transformer variance et écart-type
Effet d’une transformation affine
Pour tous réels a et b, . Ajouter une constante déplace les valeurs sans changer leur dispersion.
L'écart-type est multiplié par la valeur absolue de a. Le carré dans la variance est cohérent avec son unité : si X est mesuré en euros, la variance est en euros carrés, tandis que l'écart-type revient en euros.
| Variable | Espérance | Variance |
|---|---|---|
| , indépendantes |
Ajouter les variances sous indépendance
Variance d’une somme indépendante
Si X et Y sont indépendantes, alors . La propriété s'étend à une somme finie de variables mutuellement indépendantes.
Sans indépendance, les écarts peuvent se renforcer ou se compenser et la formule n'est plus garantie. L'espérance de la somme reste pourtant additive. Il faut donc écrire explicitement quelle propriété utilise l'indépendance au lieu de placer cette hypothèse au hasard dans la rédaction.

Exemple : gain cumulé
Un jeu indépendant est répété 20 fois. Le gain Xi de la partie i a une espérance de -0,40 euro et une variance de 3,2 euros carrés. Pour , la linéarité donne euros. L'indépendance donne , donc l'écart-type vaut 8 euros. Le gain moyen négatif n'interdit pas un gain ponctuel positif.
Choisir le calcul utile
- Définir la variable totale comme somme de contributions identifiables.
- Calculer chaque espérance et utiliser la linéarité.
- Pour la variance, vérifier l'indépendance avant d'additionner.
- Revenir à l'unité et au sens du résultat.
Erreur fréquente : écrire sans hypothèse d'indépendance.
Contrôle utile : tester la formule sur le cas : les variables ne sont pas indépendantes et , pas .
Les indicateurs de base sont repris dans l'espérance et la variance en Première. Une variable binomiale est une somme dans la loi binomiale. La variance calculée sera utilisée dans les inégalités de concentration.
Les propriétés de sommes et d'indépendance sont définies par le programme officiel de Terminale, spécialité mathématiques.