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Leçon 2

Succession d'épreuves indépendantes

Vidéo 2 : Succession d'épreuves indépendantes · 3 min 21 s · sous-titres en français

Le cours écrit

2.1 Issues et produit cartésien

Quand une expérience enchaîne plusieurs épreuves, une issue est la liste des résultats obtenus, dans l'ordre.

Exemple 3. On lance un dé équilibré à six faces, puis une pièce équilibrée. Une issue est un couple, par exemple (6 ;P)(6\,;P). L'ensemble des issues est le produit cartésien Ω={1 ;2 ;3 ;4 ;5 ;6}×{P ;F}\Omega = \{1\,;2\,;3\,;4\,;5\,;6\} \times \{P\,;F\}, qui a 6×2=126 \times 2 = 12 éléments (principe multiplicatif, chapitre 6). Les deux lancers n'ont aucune influence l'un sur l'autre, donc P((6 ;P))=16×12=112P\big((6\,;P)\big) = \dfrac16 \times \dfrac12 = \dfrac{1}{12}.

2.2 Le modèle de la succession d'épreuves indépendantes

Modèle (programme). On enchaîne nn épreuves ; l'épreuve numéro ii a pour ensemble d'issues Ωi\Omega_i.

  • Une issue est une liste (x1 ;x2 ;… ;xn)(x_1\,;x_2\,;\ldots\,;x_n), où xi∈Ωix_i \in \Omega_i est le résultat de l'épreuve ii.
  • L'univers est le produit cartésien Ω=Ω1×Ω2×⋯×Ωn\Omega = \Omega_1 \times \Omega_2 \times \cdots \times \Omega_n.
  • Si les épreuves sont indépendantes, la probabilité d'une issue est égale au produit des probabilités de ses composantes : P((x1 ;x2 ;… ;xn))=P(x1)×P(x2)×⋯×P(xn).P\big((x_1\,;x_2\,;\ldots\,;x_n)\big) = P(x_1) \times P(x_2) \times \cdots \times P(x_n).

L'indépendance est une hypothèse du modèle. On la justifie par la situation : lancers successifs, tirages avec remise, appareils qui fonctionnent séparément, etc. On ne cherche pas à la démontrer.

Représentation par un arbre. Chaque niveau correspond à une épreuve. Quand les épreuves sont indépendantes, toutes les branches d'un même niveau portent les mêmes probabilités, celles de l'épreuve correspondante.

2.3 Un exemple : trois feux de circulation

Exemple 4. Sur le trajet du lycée, Inès passe trois feux réglés indépendamment les uns des autres. Elle trouve le premier vert avec la probabilité 0,60{,}6, le deuxième avec 0,50{,}5, le troisième avec 0,70{,}7. On note VV (vert) et RR (rouge) les résultats. L'arbre a 2×2×2=82 \times 2 \times 2 = 8 chemins.

Issue VVVVVV VVRVVR VRVVRV VRRVRR RVVRVV RVRRVR RRVRRV RRRRRR
Probabilité 0,210{,}21 0,090{,}09 0,210{,}21 0,090{,}09 0,140{,}14 0,060{,}06 0,140{,}14 0,060{,}06
  • Trois feux verts : P(VVV)=0,6×0,5×0,7=0,21P(VVV) = 0{,}6 \times 0{,}5 \times 0{,}7 = 0{,}21.
  • Exactement un feu rouge : les issues RVVRVV, VRVVRV et VVRVVR conviennent ; elles sont incompatibles, donc la probabilité est 0,14+0,21+0,09=0,440{,}14 + 0{,}21 + 0{,}09 = 0{,}44.
  • Au moins un feu rouge : c'est le contraire de VVVVVV, de probabilité 1−0,21=0,791 - 0{,}21 = 0{,}79.

Les trois feux n'ont pas la même probabilité d'être verts : ce n'est pas encore un schéma de Bernoulli (leçon 3).

2.4 Deux ou trois épreuves quelconques

Les épreuves ne sont pas toujours indépendantes. Sur l'arbre, les branches à partir du second niveau portent alors des probabilités conditionnelles, et l'on multiplie toujours le long d'un chemin (règle du produit de la leçon 1).

Exemple 5 (tirages sans remise). Un sachet contient cinq bonbons : deux à la menthe (MM) et trois au citron (CC). On en prend un, puis un second, sans remettre le premier.

  • Après un bonbon à la menthe, il reste 11 bonbon à la menthe sur 44 : PM1(M2)=14P_{M_1}(M_2) = \dfrac14. Après un bonbon au citron, il en reste 22 sur 44 : PC1(M2)=24=12P_{C_1}(M_2) = \dfrac24 = \dfrac12.
  • P(M1∩M2)=25×14=110P(M_1 \cap M_2) = \dfrac25 \times \dfrac14 = \dfrac{1}{10}, et les trois autres chemins ont chacun la probabilité 310\dfrac{3}{10}.
  • Par la formule des probabilités totales, P(M2)=110+35×12=110+310=25P(M_2) = \dfrac{1}{10} + \dfrac35 \times \dfrac12 = \dfrac{1}{10} + \dfrac{3}{10} = \dfrac25.

Comme PM1(M2)=14≠25=P(M2)P_{M_1}(M_2) = \dfrac14 \neq \dfrac25 = P(M_2), les deux tirages ne sont pas indépendants.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 3 et 4

  • Exercice 3 : un dé, une pièce, puis trois trains
  • Exercice 4 : une boîte de chocolats

Exercices du chapitre (PDF, 149 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 140 Ko)

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