Estimation et intervalles

Exercice 3 - Exercice 1

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Une entreprise produit à la chaîne des jouets pesant en moyenne 400400 g.
Suite à une étude statistique, on considère que la masse d'un jouet est une variable aléatoire XX qui suit la loi normale d'espérance μ=400\mu =400 et d'écart-type σ=11\sigma =11.
Dans tout l'exercice les résultats seront arrondis à 10210^{-2} .
Question 1

Déterminer P(385X415)P\left(385\le X\le 415\right).
Interpréter ce résultat.

Correction
Pour le calcul de P(385X415)P\left(385\le X\le 415\right)
Avec une Texas, on tape pour P(385X415)P\left(385\le X\le 415\right) NormalFrep(valeur min,valeur max ,espérance , écart type ) c'est-à-dire ici NormalFrep(385385 , 415415 , 400400 , 1111 ) puis taper sur enter et vous obtiendrez
P(385X415)0,83P\left(385\le X\le 415\right)\approx 0,83

Avec une Casio Graph 35+, on tape pour P(385X415)P\left(385\le X\le 415\right)
Normal C.D
Lower : 385385 Valeur Minimale
Upper : 415415 Valeur Maximale
σ\sigma : 1111 Ecart type
μ\mu : 400 400 Espérance

puis taper sur EXE et vous obtiendrez
P(385X415)0,83P\left(385\le X\le 415\right)\approx 0,83

Cela signifie qu'avec ce modèle il devrait y avoir 83%83\% des jouets dont la masse en grammes est comprise entre 385385 et 415415.
Question 2

Justifier, en utilisant des propriétés du cours, que P(X>411)0,16P\left(X>411\right)\approx 0,16.

Correction
D'après les propriétés de la loi normale, on sait que P(μσXμ+σ)0,68P\left(\mu -\sigma \le X\le \mu +\sigma \right)\approx 0,68.
On peut donc, pour des raisons de symétrie de la courbe en cloche, déduire que P(Xμσ)10,6820,16P\left(X\le \mu -\sigma \right)\approx \frac{1-0,68}{2} \approx 0,16 (en bleu) et que P(Xμ+σ)0,16P\left(X\ge \mu +\sigma \right)\approx 0,16 (en vert)
Or μ=400\mu =400 et σ=11\sigma =11 donc μ+σ=411\mu +\sigma =411, et donc P(X411)0,16P\left(X\ge 411\right)\approx 0,16
Question 3

Un jouet est commercialisable s'il pèse au maximum 420420 g.
Quelle est la probabilité que le jouet soit commercialisable ?

Correction
Un jouet est commercialisable s'il pèse au maximum 420420 g.
Pour le calcul de P(X420)P\left(X\le 420\right)
Avec une Texas, on tape pour P(X420)P\left(X\le 420\right) NormalFrep(valeur min,valeur max ,espérance , écart type ) c'est-à-dire ici NormalFrep(1099-10^{99} , 420420 , 400400 , 1111 ) puis taper sur enter et vous obtiendrez
P(X420)0,97P\left(X\le 420\right)\approx 0,97

Avec une Casio Graph 35+, on tape pour P(X420)P\left(X\le 420\right)
Normal C.D
Lower : 1099-10^{99} Valeur Minimale
Upper : 420420 Valeur Maximale
σ\sigma : 1111 Ecart type
μ\mu : 400400 Espérance

puis taper sur EXE et vous obtiendrez
P(X420)0,97P\left(X\le 420\right)\approx 0,97

La probabilité qu'un jouet soit commercialisable est de 97%97\%.
On cherche à contrôler la qualité des jouets.
Pour cela on choisit de façon aléatoire un échantillon de 300300 jouets.
Question 4

Vérifier que les conditions de détermination de l'intervalle de fluctuation asymptotique au seuil de 95%95\% de la fréquence de jouets commercialisables sont vérifiées.

Correction
Les conditions de détermination de l'intervalle de fluctuation asymptotique au seuil de 95% de la fréquence de jouets commercialisables sont : n30n\ge 30, np5np\ge 5 et n(1p)5n(1-p)\ge 5.
n=30030;p=0,97n=300\ge 30 ; p=0,97et np5np\ge 5et n(1p)=300×0,03=95n(1-p)=300\times 0,03=9\ge 5.
Les conditions sont donc vérifiées.
Question 5

Déterminer cet intervalle.

Correction
L'intervalle de fluctuation asymptotique au seuil de 95%95\% de la fréquence de jouets commercialisables est :
I=[p1,96p(1p)n;p+1,96p(1p)n]I=\left[p-1,96\frac{\sqrt{p(1-p)} }{\sqrt{n} } ; p+1,96\frac{\sqrt{p(1-p)} }{\sqrt{n} } \right]
I=[0,971,960,97×0,03300;0,97+1,960,97×0,03300][0,95;0,99]I=\left[0,97-1,96\frac{\sqrt{0,97\times 0,03} }{\sqrt{300} }; 0,97+1,96\frac{\sqrt{0,97\times 0,03} }{\sqrt{300} } \right]\approx \left[0,95;0,99\right]
I=[0,95;0,99]I=\left[0,95;0,99\right]
Ici 0,950,95 est une valeur approchée par défaut de 0,971,960,97×0,033000,97-1,96\frac{\sqrt{0,97\times 0,03} }{\sqrt{300} }
Ici 0,990,99 est une valeur approchée par excès de 0,97+1,960,97×0,033000,97+1,96\frac{\sqrt{0,97\times 0,03} }{\sqrt{300} }
Question 6
On constate que 280280 jouets de l'échantillon sont commercialisables.

Ce résultat remet-il en question la modélisation effectuée par l'entreprise ?

Correction
On constate que 280280 jouets de l'échantillon sont commercialisables, ce qui fait une fréquence observée de fobs=2803000,93f_{obs} =\frac{280}{300} \approx 0,93.
Or 0,93I0,93\notin I donc ce résultat remet en cause la modélisation effectuée par l'entreprise.