désignant l'univers associé à l'expérience aléatoire considérée,
,
C'est-à-dire que la probabilité de l'événement certain, ou d'obtenir un quelconque résultat de l'univers, est égale à 1. Autrement dit, la probabilité de réaliser l'un ou l'autre des événements élémentaires est égale à 1.
C'est-à-dire que la probabilité d'un événement qui est la réunion (dénombrable) disjointe d'événements est égale à la somme des probabilités de ces événements. Ceci s'appelle la σ-additivité, ou additivité dénombrable (si les événements ne sont pas deux à deux disjoints, cette relation n'est plus vraie en général).
À partir des axiomes, se démontrent un certain nombre de propriétés utiles pour le calcul des probabilités, par exemple :
Démonstration
Utilisons le 3e axiome avec pour tout On obtient
relation qui n'est pas satisfaite si puisqu'alors le terme de droite vaut Donc il ne reste que qui d'ailleurs convient.
Remarque : en particulier, cela interdit à l'univers d'être vide, le deuxième axiome exigeant que sa mesure vaille 1 (et ne soit donc pas nulle a fortiori).
Si , sont deux événements incompatibles (ou disjoints), alors
Plus généralement, si est une famille d'événements 2 à 2 incompatibles, alors
Démonstration
Utilisons le 3e axiome avec pour tout On obtient bien une suite d'événements incompatibles 2 à 2 tels que
donc
mais en vertu du troisième axiome
et finalement, puisque pour tout on obtient le résultat désiré.
;
Cette relation signifie que la probabilité que B se réalise, mais pas A, est égale à la différence . Cette relation découle de ce que B est réunion disjointe de et de
En particulier, si , alors
C'est la propriété de croissance de la probabilité. En effet, dans le cas particulier où , la propriété précédente s'écrit
où le premier terme est clairement positif ou nul.
Dans le cas particulier où cela donne que, pour tout événement ,
Ceci signifie que la probabilité pour qu'un événement ne se produise pas est égale à 1 moins la probabilité pour qu'il se réalise ; cette propriété s'utilise lorsqu'il est plus simple de déterminer la probabilité de l'événement contraire que celle de l'événement lui-même.
Pour tous événements , ,
Ceci signifie que la probabilité pour que l'un au moins des événements ou se réalise est égale à la somme des probabilités pour que se réalise, et pour que se réalise, moins la probabilité pour que et se réalisent simultanément. De même,
Ces deux dernières formules sont des cas particuliers (n=2,3) du principe d'inclusion-exclusion qui porte parfois le nom de "formule du crible de Poincaré":
qui donne la probabilité de la réunion de n ensembles non nécessairement disjoints.
Par récurrence, l'inégalité obtenue pour n=2 se généralise :
Limites croissantes et décroissantes ou Propriété de la continuité monotone
C'est-à-dire que la probabilité de la limite d'une suite croissante d'événements (qui est dans ce cas la réunion - dénombrable - de tous les événements de cette suite) est égale à la limite de la suite numérique des probabilités de ces événements.
Démonstration
On pose
Alors les sont disjoints et vérifient
Les propriétés de σ-additivité et d'additivité, respectivement, entrainent alors que
Alors n'est autre que la définition de la somme d'une série comme limite de ses sommes partielles.
Toute suite décroissante d'événements satisfait :
C'est-à-dire que la probabilité de la limite d'une suite décroissante d'événements (qui est dans ce cas l'intersection - dénombrable - de tous les événements de cette suite) est égale à la limite de la suite numérique des probabilités de ces événements.
De manière équivalente, on définit plus simplement le triplet représentant un espace probabilisé, comme un espace mesuré dont la mesure, , a la particularité d'avoir une masse totale égale à 1 :