Probabilités conditionnelles et loi binomiale

Exercice 2 - Exercice 1

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Cet exercice est un questionnaire à choix multiples.
Pour chaque question posée, une seule des réponses proposées est exacte.
On demande bien sûr de justifier.
Question 1

Dans un club de d'échecs 4040% sont des hommes et 6060% sont des femmes. 60%60\% des hommes et 50%50\% des femmes font de la compétition.
On interroge une personne au hasard : cette personne fait de la compétition.
Quelle est la probabilité que ce soit une femme ?
  • 59\frac{5}{9}
  • 0,30,3
  • 2750\frac{27}{50}

Correction
La bonne réponse est a.
On note AA l'évènement « être une femme ».
On note BB l'évènement « faire de la compétition ».
On va établir l'arbre de probabilité relatif à l'énoncé.
On obtient alors :
On interroge une personne au hasard : cette personne fait de la compétition. Quelle est la probabilité que ce soit une femme ?
Il s'agit d'ici d'une probabilité conditionnelle.
On sait que la personne fait de la compétition, et on veut que cela soit une femme.
Il s'agit donc de PB(A)=P(AB)P(B)P_{B} \left(A\right)=\frac{P\left(A\cap B\right)}{P\left(B\right)} .
On va calculer P(AB)P\left(A\cap B\right) et on calculer P(B)P\left(B\right).
D'une part, on calcule P(AB)P\left(A\cap B\right)
P(AB)=P(A)×PA(B)P\left(A\cap B\right)=P\left(A\right)\times P_{A} \left(B\right)
P(AB)=0,6×12=0,3P\left(A\cap B\right)=0,6\times \frac{1}{2} =0,3
D'autre part, on calcule P(B)P\left(B\right)
AA et A\overline{A} forment une partition de l'univers.
D'après la formule des probabilités totales on a :
P(B)=P(AB)+P(AB)P\left(B\right)=P\left(A\cap B\right)+P\left(\overline{A}\cap B\right)
P(B)=P(A)×PA(B)+P(A)×PA(B)P\left(B\right)=P\left(A\right)\times P_{A} \left(B\right)+P\left(\overline{A}\right)\times P_{\overline{A}} \left(B\right)
Soit : P(B)=0,6×12+0,4×0,6P\left(B\right)=0,6\times \frac{1}{2} +0,4\times 0,6
Ainsi :
P(B)=0,54P\left(B\right)=0,54

Enfin : PB(A)=P(AB)P(B)P_{B} \left(A\right)=\frac{P\left(A\cap B\right)}{P\left(B\right)} s'écrit
PB(A)=0,30,54=59P_{B} \left(A\right)=\frac{0,3}{0,54} =\frac{5}{9}
Question 2

Lors d'un jeu, un candidat doit répondre à 44 questions indépendantes les unes des autres.
Pour chacune des questions, la probabilité qu'il donne la bonne réponse est de 4040%.
Quelle est la probabilité qu'il donne au moins une réponse correcte ?
  • 0,02560,0256
  • 0,47520,4752
  • 0,87040,8704

Correction
La bonne réponse est c.
Rédaction type pour la loi binomiale.
A chaque question la probabilité de répondre correctement est de 0,40,4.
On est donc en présence d'un schéma de Bernoulli :
On appelle succès « répondre correctement » avec la probabilité p=0,4p=0,4.
On appelle échec « répondre faussement » avec la probabilité 1p=0,61-p=0,6
On répète quatre fois de suite cette expérience de façon indépendante.
XX est la variable aléatoire qui associe le nombre de bonnes réponses.
XX suit la loi binomiale de paramètre n=4n=4et p=0,4p=0,4.
On note alors XX\simB(4;0,4)B\left(4;0,4\right)

On doit calculer P(X1)P\left(X\ge 1\right). Or P(X1)=1P(X=0)P\left(X\ge 1\right)=1-P\left(X=0\right)
Pour le calcul de P(X=0)P\left(X=0\right)
Avec une Texas , on tape pour P(X=0)P\left(X=0\right) (cf. fiche Utiliser la loi binomiale avec une Texas)
2nd{}^{nd} - DISTR -- puis choisir
BinomFdp(valeur de n, valeur de p, valeur de k ) c'est-à-dire ici BinomFdp(44 , 00 , 44 , 00) puis taper sur enter et vous obtiendrez
P(X=0)0,1296P\left(X=0\right)\approx 0,1296
arrondi à 10310^{-3} près.
Pour certaine version de Texas, on aura BinomPdf au lieu de BinomFdp.
Enfin P(X1)=1P(X=0)P\left(X\ge 1\right)=1-P\left(X=0\right) soit P(X1)=1P(X=0)P\left(X\ge 1\right)=1-P\left(X=0\right) d'où
P(X1)10,1296=0,8704P\left(X\ge 1\right)\approx 1-0,1296=0,8704

Avec une Casio Graph 35+ ou modèle supérieur, on tape pour P(X=0)P\left(X=0\right) (cf fiche Utiliser la loi binomiale avec une Casio)
Choisir Menu Stat puis DIST puis BINM et prendre BPD puis VAR. On remplit le tableau de la manière qui suit

D.P. Binomiale
Data Variable
xx : 00 Valeur de kk
Numtrial : 44 Valeur de nn
pp : 0,40,4 Valeur de pp

puis taper sur EXE et vous obtiendrez
P(X=0)0,1296P\left(X=0\right)\approx 0,1296
<< arrondi à 10310^{-3} près.
Enfin P(X1)=1P(X=0)P\left(X\ge 1\right)=1-P\left(X=0\right) soit P(X1)=1P(X=0)P\left(X\ge 1\right)=1-P\left(X=0\right) d'où
P(X1)10,1296=0,8704P\left(X\ge 1\right)\approx 1-0,1296=0,8704
Question 3

Soient AA et BB deux évènements indépendants tels que P(A)=13P\left(A\right)=\frac{1}{3} et P(B)=14P\left(B\right)=\frac{1}{4} .
Alors on peut affirmer que P(AB)P\left(A\cup B\right) est égale à :
  • 12\frac{1}{2}
  • 112\frac{1}{12}
  • 712\frac{7}{12}

Correction
La bonne réponse est a.
On sait que P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)P\left(A\cup B\right)=P\left(A\right)+P\left(B\right)-P\left(A\cap B\right)
De plus, AA et BB sont deux évènements indépendants.
Il vient alors que : P(AB)=P(A)×P(B)P\left(A\cap B\right)=P\left(A\right)\times P\left(B\right)
P(AB)=13×14=112P\left(A\cap B\right)=\frac{1}{3} \times \frac{1}{4} =\frac{1}{12}
Finalement,
P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)P\left(A\cup B\right)=P\left(A\right)+P\left(B\right)-P\left(A\cap B\right)
P(AB)=13+14112P\left(A\cup B\right)=\frac{1}{3} +\frac{1}{4} -\frac{1}{12}
P(AB)=12P\left(A\cup B\right)=\frac{1}{2}
Question 4

Quelle est l'espérance pour la variable XX de loi binomiale B(20;0,4)B\left(20;0,4\right) ?
  • 2020
  • 88
  • 0,40,4

Correction
La bonne réponse est b.
XX est une variable aléatoire qui suit une loi binomiale B(n;p)B\left(n;p\right) alors l'espérance mathématique E(X)E\left(X\right) vaut E(X)=npE\left(X\right)=np
E(X)=20×0,4=8E\left(X\right)=20\times 0,4=8
Question 5

Quelle est l'écart type pour la variable XX de loi binomiale B(100;0,5)B\left(100;0,5\right) ?
  • 5050
  • 2525
  • 55

Correction
La bonne réponse est c.
XX est une variable aléatoire qui suit une loi binomiale B(n;p)B\left(n;p\right) alors l'espérance mathématique σ(X)\sigma \left(X\right) vaut σ(X)=np(1p)\sigma \left(X\right)=\sqrt{np\left(1-p\right)}
σ(X)=100×0,5×(10,5)=5\sigma \left(X\right)=\sqrt{100\times 0,5\times \left(1-0,5\right)} =5

Question 6
Soit mm un réel.
Soit XX une variable aléatoire réelle dont la loi de probabilité est donnée par le tableau ci-dessous :

Quelle doit être la valeur de mm pour que le jeu soit équitable ?
  • m=215m=\frac{2}{15}
  • m=112m=\frac{1}{12}
  • m=16m=\frac{1}{6}

Correction
La bonne réponse est a.
Le jeu est équitable si et seulement si l'espérance est nulle.
Il vient alors que :
2×512+0×13+1×16+5×m=0-2\times \frac{5}{12} +0\times \frac{1}{3} +1\times \frac{1}{6} +5\times m=0
1012+16+5×m=0-\frac{10}{12} +\frac{1}{6} +5\times m=0
1012+212+5×m=0-\frac{10}{12} +\frac{2}{12} +5\times m=0
812+5×m=0-\frac{8}{12} +5\times m=0
812+5×m=0-\frac{8}{12} +5\times m=0
23+5×m=0-\frac{2}{3} +5\times m=0
5×m=235\times m=\frac{2}{3}
m=23×15m=\frac{2}{3} \times \frac{1}{5}
m=215m=\frac{2}{15}
Question 7

Une espérance aléatoire XX suit une loi binomiale B(n;p)B\left(n; p\right). Son espérance vaut 1,81,8 et son écart-type vaut 1,21,2.
  • n=9n=9 et p=0,8p=0,8.
  • n=9n=9 et p=0,2p=0,2.
  • n=9n=9 et p=0,7p=0,7.

Correction
La bonne réponse est b.
XX est une variable aléatoire qui suit une loi binomiale B(n,p)B\left(n, p\right), alors l’espérance mathématique E(X)E\left(X\right), la variance V(X)V\left(X\right) et l’écart type σ(X)\sigma\left(X\right) sont égales à :
  • E(X)=n×pE\left(X\right)=n\times p
  • V(X)=n×p×(1p)V\left(X\right)=n\times p\times \left(1-p\right)
  • σ(X)=V(X)=n×p×(1p)\sigma \left(X\right)=\sqrt{V\left(X\right)} =\sqrt{n\times p\times \left(1-p\right)}
  • Ainsi :
    E(X)=1,8E\left(X\right)=1,8 donc
    n×p=1,8n\times p=1,8

    σ(X)=1,2\sigma \left(X\right)=1,2 d'où :
    n×p×(1p)=1,2\sqrt{n\times p\times \left(1-p\right)}=1,2

    Comme : n×p=1,8n\times p=1,8 et n×p×(1p)=1,2\sqrt{n\times p\times \left(1-p\right)}=1,2. Il vient alors que :
    1,8×(1p)=1,2\sqrt{1,8\times \left(1-p\right)} =1,2
    1,8×(1p)=1,221,8\times \left(1-p\right)=1,2^{2}
    1,8×(1p)=1,441,8\times \left(1-p\right)=1,44
    1p=1,441,81-p=\frac{1,44}{1,8}
    1p=0,81-p=0,8
    p=0,81-p=0,8-1
    p=0,2-p=-0,2
    Ainsi :
    p=0,2p=0,2

    Or : n×p=1,8n\times p=1,8 , il vient alors que :
    n×0,2=1,8n\times 0,2=1,8
    n=1,80,2n=\frac{1,8}{0,2}
    D'où :
    n=9n=9