chapitre 7: activités - loi binomiale
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chapitre 7: activités - loi binomiale
Schéma de Bernoulli et Loi Binomiale. Activités I- Répétition d’expériences indépendantes Enoncé 1: Le cycle d’allumage d’un feu tricolore est le suivant : - Feu vert pendant 20 secondes - Feu orange pendant 5 secondes - Feu rouge pendant 35 secondes Un automobiliste rencontre 3 feux identiques à celui décrit qui fonctionnent de manière indépendante (voir définition du cours) 1- Représenter la situation par un arbre pondéré 2- Calculer les probabilités des évènements suivants : A : « l’automobiliste rencontre 3 feux verts » B : « l’automobiliste rencontre un seul feu rouge » C : « l’automobiliste rencontre au moins un feu vert » II- Loi de Bernoulli et loi binomiale Enoncé 2: précipitations neigeuses ….. Un étudiant a analysé précisément les précipitations neigeuses sur les quatre derniers jours de l’année. Il a déterminé qu’il y avait chaque jour une probabilité égale à de neiger et que les précipitations de chaque jour pouvaient être considérées comme indépendantes. On note S l’évènement : « il neige dans la journée » . On appelle la variable aléatoire égale au nombre de jours de neige au cours des quatre jours considérés. 1. Réaliser un arbre pondéré permettant de modéliser la situation. Déterminer 0 puis 4 2. Dans l’arbre construit, combien de chemin conduisent à l’évènement 1 ? 3. Déterminer la loi de probabilité de , puis son espérance. III- Coefficients binomiaux Enoncé 3: Découverte … L’objectif est de mettre en place des méthodes permettant de déterminer le nombre de chemins conduisant à la réalisation de k succès dans un schéma de Bernoulli à n épreuves. On s’intéresse à la fabrication d’une série de pièces mécaniques. Chaque pièce produite à une probabilité d’être conforme aux normes de fabrication, et , d’être non conforme, avec 1 . Lorsqu’on prélève au hasard n pièces de façon indépendante, on appelle la variable aléatoire égale au nombre de pièces conformes dans le prélèvement. 1- Pour 1, construire un arbre décrivant la situation. Combien de chemins, dans cet arbre, mènent à l’évènement ( 0 ? Même question pour les évènements ( 1 1 2- Pour 2, construire un arbre décrivant la situation. Combien de chemins, dans cet arbre, mènent à l’évènement ( 0 ? Même question pour les évènements ( 1 et ( 2 3- Pour 3, construire un arbre décrivant la situation. Combien de chemins, dans cet arbre, mènent à l’évènement ( 0 ? 1 ,( 2 et ( 3 Même question pour les évènements ( 4- Pour 4, construire un arbre décrivant la situation. Combien de chemins, dans cet arbre, mènent à l’évènement ( 0 ? Même question pour les évènements ( 1 ,( 2 ,( 1 et ( 4 5- Pour un entier naturel , et pour tout entier tel que 0 , on note kparmin le nombre de chemins conduisant à l’évènement ( dans l’arbre correspondant au prélèvement de n pièces. En vous appuyant sur les questions précédentes, déterminez , , , . 6- Grâce aux résultats des questions 1,2,3 et 4 compléter les lignes correspondantes du tableau ci-dessous, donnant les valeurs de en fonction de et . k 0 1 2 3 4 5 6 n 1 2 3 4 5 6 7- A l’aide de la calculatrice, déterminer précédent , , , , , puis compléter le tableau a) Modèles TI (84, mais aussi 83 et 82 avec des modifications mineures) • Valeur des coefficients binomiaux Touche MATH puis PRB et instruction Combinaison . Syntaxe « n, combinaison, k ». b) Modèle Casio (graph 35+) • Valeur des coefficients binomiaux Touche OPTN puis PRB et instruction nCr . Syntaxe : « n nCr k ». 8- On a fait apparaître en couleur, trois séries de 3 cellules. Trouver une relation simple entre ces 3 cellules. Conjecturer une relation entre , et 9- En utilisant la conjecture précédente, compléter la ligne 6 du tableau de la question 6. Vérifier à l’aide de la calculatrice. 10Application à l’informatique : Un octet est une unité informatique constituée de 8 binary digit (bit). Un bit ne peut prendre que deux valeurs 1 ou 0. 2 a. Combien de codes différents peut-on obtenir sur un octet sachant que 3 bits sont à « 1 » et 5 bits à « 0 » b. Combien de codes différents peut-on obtenir sur un octet. Enoncé 4: Démonstration Démontrer la propriété suivante : Soit n et k deux entiers naturels. 0 , IV- Loi binomiale et échantillonnage Enoncé 5 : Loi binomiale … L’objectif est de mettre en place une méthode permettant de déterminer la probabilité d’obtenir k succès dans une loi binomiale de paramètres n, p . Soit p0;1 et q=1-p On dispose d’une pièce non équilibrée, dont la probabilité d’obtenir pile après un lancé est p. On lance cette pièce n fois de manière indépendante et on note X la variable aléatoire qui donne le nombre de fois que pile a était obtenue. 1. Dans cette question n=1. 1.1. Déterminer la loi de probabilité de X : 0 1 1.2. Calculer l’espérance de X. 2. Dans cette question n=2. 2.1. Construire un arbre pondéré puis déterminer la loi de probabilité de X : 0 1 2 2.2. Calculer l’espérance de X. 3. Dans cette question n=3. 3.1. Construire un arbre pondéré puis déterminer la loi de probabilité de X : 0 1 2 3 3.2. Calculer l’espérance de X. 4. Conjecture : On lance cette pièce n fois, compléter ………………. Dans la suite de l’exercice, on suppose que n=10 et p=0,4 5. A l’aide de la calculatrice, déterminer la probabilité d’obtenir 4 fois pile.( 4 . 6. A l’aide de la calculatrice, déterminer la probabilité d’obtenir au plus 8 fois pile ( 8 ) 3 Notices d’utilisation des calculatrices : a) Modèles TI (84, mais aussi 83 et 82 avec des modifications mineures) • Calcul de probabilités avec une loi binomiale - Probabilité de l’événement { X = k } Instruction DISTR (touches 2ND VARS ) puis sélectionner binomFDP( . Syntaxe : (nombre d’essais, probabilité de succès, valeur désirée pour la probabilité). - Probabilité de l’événement { X ≤ k } Instruction DISTR (touches 2ND VARS ) puis sélectionner binomFrép(. Syntaxe : (nombre d’essais, probabilité de succès, valeur désirée pour la probabilité). • Valeur des coefficients binomiaux Touche MATH puis PRB et instruction Combinaison . Syntaxe « n, combinaison, k ». b) Modèle Casio (graph 35+) • Calcul de probabilités dans le cadre d’une loi binomiale - Probabilité de l’événement { X = k } Icône STAT, choisir DIST (touche F5 ) et BINM (touche F5 ). Enfin, Bpd (touche F1 ) et VAR (touche F2 ). Renseigner la boîte de dialogue : Data : variable ; x : valeur désirée pour la probabilité ; Numtrial : nombre d’essais ; p : probabilité de succès - Probabilité de l’événement { X ≤ k } Icône STAT puis saisir dans la liste 1 les valeurs prises par k : 0, 1, …, n. choisir DIST (touche F5 ) et BINM (touche F5 ). Enfin, Bcd (touche F1 ) et VAR (touche F2 ). Renseigner la boîte de dialogue : Data : List ; x : List1 ; Numtrial : nombre d’essais ; p : probabilité de succès Pour chaque valeur de k, la valeur de la probabilité de l’événement { X ≤ k } est affichée dans une liste. • Valeur des coefficients binomiaux Touche OPTN puis PRB et instruction nCr . Syntaxe : « n nCr k ». Enoncé 6: Nombre de garçons Des études statistiques ont montré qu’à la naissance, la probabilité d’avoir un garçon est égale à 0,51. On rencontre au hasard une famille de 3 enfants, dont les naissances sont supposées indépendantes, et on s’intéresse au nombre de garçon. a- Justifier que cette situation peut être modélisée par une loi binomiale. Préciser ses paramètres. b- On appelle La variable aléatoire égale au nombre de garçons. Déterminer la loi de probabilité de . c- Calculer la probabilité que cette famille ait au moins un garçon. d- On rencontre ensuite au hasard et de manière indépendante 10 familles de trois enfants. (les hypothèses sont les mêmes qu’au début de l’exercice). Calculer la probabilité que neuf familles exactement sur les dix aient au moins un garçon. Enoncé 7 : Analyse d’une production …. 4 Une entreprise fabrique chaque jour 10 000 composants électroniques. Chaque composant présente un défaut avec la probabilité 0,002. Si le composant est repéré comme étant défectueux, il est détruit par l’entreprise, et chaque composant détruit fait perdre 1 € à l’entreprise. a) Les composants sont contrôlés un à un, et chaque contrôle coûte 0,1 €. Quel est le coût moyen journalier pour l’entreprise (contrôles et destruction des composants défectueux) ? b) Les composants sont regroupés par lots de 10, et on effectue un unique contrôle automatique de chaque lot, qui coûte lui aussi 0,1 €. À l’issue de ce contrôle, le lot est accepté si tous les composants sont sains, et globalement détruit si l’un au moins des 10 composants présente un défaut. Quel est le coût moyen journalier pour l’entreprise de ce nouveau dispositif (contrôles et destruction des composants défectueux) ? Enoncé 8 : Représentation graphique d’une loi binomiale… Produire sur Excel la représentation graphique d’une loi binomiale B(10 ;0.3). Vous utiliserez la fonction « LOI.BINOMIALE(…) » en analysant au préalable l’aide d’Excel sur le prototype de cette fonction . Fluctuation et règle de décision Enoncé 9: une élection … Monsieur Z, chef du gouvernement d’un pays lointain, affirme que 52 % des électeurs lui font confiance. On interroge 100 électeurs au hasard (la population est suffisamment grande pour considérer qu’il s’agit de tirages avec remise) et on souhaite savoir à partir de quelles fréquences, au seuil de 95 %, on peut mettre en doute le pourcentage annoncé par Monsieur Z, dans un sens, ou dans l’autre. 1. On fait l’hypothèse que Monsieur Z dit vrai et que la proportion des électeurs qui lui font confiance dans la population est 0,52. k P(X ≤ k) ≈ Montrer que la variable aléatoire X, correspondant au nombre 40 0,0106 d’électeurs lui faisant confiance dans un échantillon de 100 41 0,0177 électeurs, suit la loi binomiale de paramètres n = 100 et p = 0,52 42 0,0286 43 0,0444 2. On donne ci-contre un extrait de la table des probabilités … … cumulées P(X ≤ k) où X suit la loi binomiale de paramètres 61 0,9719 n = 100 et p = 0,52. 62 0,9827 a. Déterminer a et b tels que : 63 0,9897 • a est le plus petit entier tel que P(X ≤ a) > 0,025 ; 64 0,9941 • b est le plus petit entier tel que P(X ≤ b) ≥ 0,975. b. Comparer l’intervalle de fluctuation au seuil de 95 %, ; , ainsi obtenu grâce à la loi binomiale, avec l’intervalle √ ; √ . 3. Énoncer la règle décision permettant de rejeter ou non l’hypothèse que la proportion des électeurs qui font confiance à Monsieur Z dans la population est 0,52, selon la valeur de la fréquence f des électeurs favorables à Monsieur Z obtenue sur l’échantillon. 5 4. Sur les 100 électeurs interrogés au hasard, 43 déclarent avoir confiance en Monsieur Z. Peut-on considérer, au seuil de 95 %, l’affirmation de Monsieur Z comme exacte ? Fluctuation et règle de décision (activité informatique) Enoncé 10: problème de justice aux USA En Novembre 1976 dans un comté du sud du Texas, Rodrigo Partida est condamné à huit ans de prison. Il attaque ce jugement au motif que la désignation des jurés de ce comté est, selon lui, discriminante à l’égard des Américains d’origine mexicaine. Alors que 80 % de la population du comté est d’origine mexicaine, sur les 870 personnes convoquées pour être jurés lors des années précédentes, il n’y a eu que 339 personnes d’origine mexicaine. Devant la Cour Suprême, un expert statisticien produit des arguments pour convaincre du bien fondé de la requête de l’accusé. En vous situant dans le rôle de cet expert, pouvez-vous décider si les Américains d’origine mexicaine sont sous-représentés dans les jurys de ce comté ? 6