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Leçon 5

Calculer avec la loi binomiale

Vidéo 5 : Calculer avec la loi binomiale · 3 min 05 s · sous-titres en français

Le cours écrit

5.1 Les trois types de probabilités

Soit XX de loi B(n,p)\mathcal{B}(n, p).

  • Une valeur : P(X=k)=(nk)pk(1−p)n−kP(X = k) = \binom{n}{k}p^k(1 - p)^{n-k}.
  • Probabilité cumulée : P(X⩽k)=P(X=0)+P(X=1)+⋯+P(X=k)P(X \leqslant k) = P(X = 0) + P(X = 1) + \cdots + P(X = k), car les événements {X=i}\{X = i\} sont incompatibles.
  • Entre deux valeurs : pour des entiers a⩽ba \leqslant b, P(a⩽X⩽b)=P(X⩽b)−P(X⩽a−1)P(a \leqslant X \leqslant b) = P(X \leqslant b) - P(X \leqslant a - 1). Attention : on retire P(X⩽a−1)P(X \leqslant a - 1) et non P(X⩽a)P(X \leqslant a), pour garder la valeur aa.

Autres écritures utiles, pour un entier aa : P(X⩾a)=1−P(X⩽a−1)P(X \geqslant a) = 1 - P(X \leqslant a - 1) ; P(X<a)=P(X⩽a−1)P(X < a) = P(X \leqslant a - 1) ; P(X>a)=1−P(X⩽a)P(X > a) = 1 - P(X \leqslant a).

5.2 À la calculatrice

Les calculatrices du lycée ont un menu des lois de probabilité. On choisit la loi binomiale, puis :

  • « probabilité d'une valeur » : on entre nn, pp et kk, et l'on obtient P(X=k)P(X = k) ;
  • « probabilité cumulée » : on entre nn, pp et kk, et l'on obtient P(X⩽k)P(X \leqslant k).

Le nom exact des menus dépend du modèle de calculatrice : il est indiqué dans sa notice.

5.3 Un exemple complet

Exemple 10. Un jardinier sème 2020 graines de tomate. Chacune germe avec la probabilité 0,850{,}85, indépendamment des autres. On répète 2020 fois la même épreuve de Bernoulli (succès : la graine germe), de façon indépendante, et XX compte les succès : XX suit la loi B(20 ;0,85)\mathcal{B}(20\,;0{,}85).

  • P(X=17)=(2017)×0,8517×0,153≈0,243P(X = 17) = \binom{20}{17} \times 0{,}85^{17} \times 0{,}15^3 \approx 0{,}243, avec (2017)=1 140\binom{20}{17} = 1\,140.
  • P(X⩽15)≈0,170P(X \leqslant 15) \approx 0{,}170 (somme de 1616 probabilités, ou probabilité cumulée).
  • P(15⩽X⩽18)=P(X⩽18)−P(X⩽14)≈0,824−0,067≈0,757P(15 \leqslant X \leqslant 18) = P(X \leqslant 18) - P(X \leqslant 14) \approx 0{,}824 - 0{,}067 \approx 0{,}757.
  • P(X⩾18)=1−P(X⩽17)≈0,405P(X \geqslant 18) = 1 - P(X \leqslant 17) \approx 0{,}405.

La valeur la plus probable est 1717.

5.4 En Python

from math import comb

def proba(n, p, k):
    return comb(n, k) * p**k * (1 - p)**(n - k)

def cumul(n, p, k):
    return sum([proba(n, p, i) for i in range(k + 1)])
  • comb(n, k) calcule (nk)\binom{n}{k} ; p**k est pkp^k.
  • range(k + 1) donne les entiers ii de 00 à kk ; la liste en compréhension contient les P(X=i)P(X = i), et sum les additionne.

Par exemple, proba(20, 0.85, 17) renvoie 0.24282889614926761 et cumul(20, 0.85, 15) renvoie 0.1701531537313463. Pour un encadrement : cumul(20, 0.85, 18) - cumul(20, 0.85, 14).

En langage naturel, la fonction cumul s'écrit avec une boucle : s←0s \leftarrow 0, puis pour ii allant de 00 à kk, s←s+P(X=i)s \leftarrow s + P(X = i).

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 9 et 10

  • Exercice 9 : stylos défectueux
  • Exercice 10 : une enquête et un programme

Exercices du chapitre (PDF, 149 Ko)

Corrigés

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Corrigés du chapitre (PDF, 140 Ko)

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