Echantillonnage et estimation

Exercices types : 1èrepartie - Exercice 2

20 min
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Question 1
Un groupe agricole vend des sachets de graines donnant des plantes résistantes aux maladies. Le directeur de ce groupe affirme que 92%92\% des sachets sont efficaces et donnent des plantes résistantes. Dans cet exercice, les valeurs approchées seront arrondies à 10210^{-2} près.

On prélève au hasard un échantillon de 100100 sachets. Déterminer l’intervalle de fluctuation asymptotique à 95%95\% de la fréquence de sachets efficaces sur un échantillon de taille 100100.

Correction
Nous avons n=100n = 100 et p=0,92p =0,92.
Il faut vérifier les conditions suivantes n30n\ge 30 , np5np\ge 5 et n(1p)5n\left(1-p\right)\ge 5
  • 10030100\ge 30 donc n30n\ge 30
  • 100×0,92=92100\times 0,92=92 donc np5np\ge 5
  • 100×(10,92)=8100\times \left(1-0,92\right)=8 donc n(1p)5n\left(1-p\right)\ge 5
Les trois conditions sont réalisées, on peut donc calculer l'intervalle de fluctuation asymptotique au seuil de 95%95\% .
On a alors :
I=[p1,96×p×(1p)n;p+1,96×p×(1p)n]I=\left[p-1,96\times \frac{\sqrt{p\times \left(1-p\right)} }{\sqrt{n} } ;p+1,96\times \frac{\sqrt{p\times \left(1-p\right)} }{\sqrt{n} } \right]
I=[0,921,96×0,92×(10,92)100;0,92+1,96×0,92×(10,92)100]I=\left[0,92-1,96\times \frac{\sqrt{0,92\times \left(1-0,92\right)} }{\sqrt{100} } ;0,92+1,96\times \frac{\sqrt{0,92\times \left(1-0,92\right)} }{\sqrt{100} } \right]
I=[0,87;0,97].I=\left[0,87;0,97\right] .
Ici 0,870,87 est une valeur approchée par défaut de 0,921,96×0,92×(10,92)1000,92-1,96\times \frac{\sqrt{0,92\times \left(1-0,92\right)} }{\sqrt{100} }
Ici 0,970,97 est une valeur approchée par excès de 0,92+1,96×0,92×(10,92)1000,92+1,96\times \frac{\sqrt{0,92\times \left(1-0,92\right)} }{\sqrt{100} }
Question 2

Dans le prélèvement de 100100 sachets, 8888 donnent des plantes résistantes. Peut-on rejeter l’hypothèse du directeur?

Correction
On détermine la fréquence des sachets efficaces, il vient alors que : fobs=881000,88f_{obs} =\frac{88}{100} \approx 0,88
Or fobs[0,87;0,97]f_{obs} \in \left[0,87;0,97\right].
Nous pouvons accepter l’hypothèse du directeur car dans ce lot, la fréquence de plantes résistantes 0,880,88 appartient à l’intervalle de fluctuation.
Question 3
On considère la variable aléatoire XX qui, à tout prélèvement de 100100 sachets, associe le nombre de sachets donnant des plantes résistantes. On admet que la variable aléatoire XX suit la loi binomiale de paramètres n=100n=100 et p=0,92p =0,92.

Déterminer l’espérance et l’écart type de XX (arrondi à 0,010,01 près).

Correction
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)=100×0,92E\left(X\right)=100\times 0,92 donc
    E(X)=92E\left(X\right)=92

    V(X)=100×0,92×(10,92)V\left(X\right)=100\times 0,92\times \left(1-0,92\right) d'où :
    V(X)=7,36V\left(X\right)=7,36

    σ(X)=7,36\sigma \left(X\right)=\sqrt{7,36} d'où :
    σ(X)2,71\sigma \left(X\right)\approx2,71

    Question 4
    On définit la variable aléatoire YY qui suit la loi normale de paramètres μ=92\mu=92 et d'écart type σ=2,7\sigma =2,7.

    En utilisant la variable aléatoire YY, calculer la probabilité que le nombre de sachets donnant des plantes résistantes soit compris entre 8989 et 9494.

    Correction
    Il nous faut donc calculer : P(89Y94)P\left(89\le Y\le 94\right)
    Avec une calculatrice Texas, pour P(89Y94)P\left(89\le Y\le 94\right) on tape NormalFrep(valeur min, valeur max, espérance, écart type)
    C'est-à-dire ici NormalFrep(8989; 9494; 9292; 2,72,7) puis on tape sur Enter et on obtient :
    P(89Y94)0,64P\left(89\le Y\le 94\right)\approx 0,64

    Avec une calculatrice Casio Graph 35+, pour P(89Y94)P\left(89\le Y\le 94\right) on tape :
    Normal C.D
    Lower : 8989 valeur Minimale
    Upper : 9494 valeur Maximale
    σ\sigma : 2,72,7 écart type
    μ\mu : 9292 espérance

    Puis on tape sur EXE et on obtient :
    P(89Y94)0,64P\left(89\le Y\le 94\right)\approx 0,64