Terminale S/Annales sur les probabilités

Terminale S/Annales sur les probabilités
1. Probabilité et suites :
Exercice 3188
Pierre et Claude jouent au tennis. Les deux joueurs ont la
même chance de gagner la première partie. Par la suite,
lorsque Pierre gagne une partie, la probabilité qu’il gagne la
suivante est 0;7. Et s’il perd une partie, la probabilité qu’il
perde la suivante est 0;8.
Dans tout l’exercice, nest un entier naturel non nul. On consi-
dère les évènements :
Gn: “Pierre gagne la n-ième partie”.
Pn: “Pierre perd la n-ième partie”.
On pose : pn=P(Gn)et qn=P(Pn).
1. Recherche d’une relation de récurrence.
a. Déterminer p1puis les probabilités conditionnelles
PG1(G2)et PP1(G2).
b. Justifier l’égalité : pn+qn= 1.
c. Démontrer que pour tout entier naturel nnon nul :
pn+1 = 0;5·pn+ 0;2.
2. Etude de la suite (pn).
On pose, pour tout entier naturel nnon nul, vn=pn−2
5.
a. Prouver que la suite (vn)est une suite géométrique et
exprimer vnen fonction de n.
b. En déduire l’expression de pnen fonction de n.
c. Déterminer la limite de la suite (pn)quand ntend vers
+∞.
Exercice 4326
Un joueur débute un jeu vidéo et effectue plusieurs parties
successives. On admet que :
la probabilité qu’il gagne la première partie est de 0;1;
s’il gagne une partie, la probabilité de gagner la suivante
est égale à 0;8;
s’il perd une partie, la probabilité de gagner la suivante
est égale à 0;6.
On note, pour tout entier naturel nnon nul :
Gnl’évènement “le joueur gagne la n-ième partie” ;
pnla probabilité de l’évènement Gn.
On a donc : p1= 0;1
1. Montrer que p2=0;62. On pourra s’aider d’un arbre pon-
déré.
2. Le joueur a gagné la deuxième partie. Calculer la proba-
bilité qu’il ait perdu la première.
3. Calculer la probabilité que le joueur gagne au moins une
partie sur les trois premières.
4. Montrer que pour tout entier naturel nnon nul :
pn+1 =1
5·pn+3 5.
5. Montrer par récurrence que pour tout entier naturel n
non nul :
pn=3
4−13 4·1 5n
6. Déterminer la limite de la suite pnquand ntend vers
+∞.
7. Pour quelles valeurs de l’entier naturel na-t-on :
3
4−pn<10−7?
2. Probabilité et intégrale :
Exercice 3201
Première partie
Calculer l’intégrale : 1
0
x·exdx.
Deuxième partie
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La figure ci-dessous représente une
cible rectangulaire OIMN telle
que, dans le repère orhonormal
O;−→
OI ;−→ OJ, la ligne courbe C
reliant le point Oau point Mest
une partie de la courbe représentative
de la fonction fdéfinie sur Rpar
f(x) = x·ex. Cette courbe partage la
cible OIMN en deux parties Aet B
comme l’indique la figure ci-dessous.
Un jeu consiste à lancer une fléchette
qui atteint soit l’extérieur de la cible,
soit l’une des parties Aou B. On ad-
met que la fléchette ne peut atteindre
aucune des frontière de la cible, ni la
courbe C.
MN
I
2
J
O
Partie B
Partie A
Une étude statistique a montré que la fléchette tombe à l’ex-
térieur de la cible avec une probabilité de 1
2et que les proba-
bilités d’atteindre les parties Aet Bsont proportionnelles à
leurs aires respectives.
1. Démontrer que la probabilité d’atteindre la partie Aest
égale à 1
2e.
Quelle est la probabilité d’atteindre la partie B?
2. On lance de manière indépendante trois fléchettes :
a. Soit Xla variable aléatoire qui est égale au nombre
de fléchettes ayant atteint la partie A. Définir la loi de
probabilité de X. En déduire la valeur exacte de son
espérance mathématique.
b. Soit El’évènement : “Exactement deux fléchettes at-
teignent la partie A”.
Calculer une valeur approchée au millième de la pro-
babilité de E.
c. Soit Fl’évènement : “les trois fléchettes atteignent la
partie B”. Calculer la probabilité de F(on donnera la
valeur exacte).
Sachant qu’aucune fléchette n’a atteint l’extérieur de
la cible, quelle est la probabilité que toutes les trois se
trouvent dans partie B?
3. On lance cette fois de manières indépendante nflé-
chettes.
a. Déterminer en fonction de nla probabilité pnpour
qu’au moins une des fléchettes atteigne la partie A.
b. Déterminer le plus petit entier n∈Ntel que pn⩾0;99.
3. Lois uniformes et exponentielles :
Exercice 3206
La durée de vie d’un robot, exprimée en années, jusqu’à ce
que survienne la première panne est une variable aléatoire qui
suit une loi exponentielle de paramètre –, avec – > 0.
Ainsi, la probabilité qu’un robot tombe en passe avant l’ins-
tant test égale à :
P(X⩽t) = t
0
–e−λxdx
1. Déterminer –, arrondi à 10−1près, pour que la probabi-
lité P(X>6) soit égale à 0;3.
Pour la suite de l’exercice, on prendra –=0;2
2. A quel instant t, à un mois près, la probabilité qu’un
robot tombe en panne pour la première fois est-elle de
0;5?
3. Montrer que la probabilité qu’un robot n’ait pas eu de
panne au cours des deux premières années est e−0,4.
4. Sachant qu’un robot n’a pas eu de panne au cours des
deux premières années, quelle est, à 10−2près, la proba-
bilité qu’il soit encore en état de marche au bout de six
ans ?
5. On considère un lot de 10 robots fonctinonant de ma-
nière indépendante.
Déterminer la probabilité que, dans ce lot, il y ait au
moins un robot qui n’ait pas eu de panne au cours des
deux premières années.
Exercice 3162
Cet exercice comporte deux parties indépendantes.
La partie Iest la démonstration d’un résultat de cours. La
partie II est un Q.C.M.
Partie I : question de cours
Soient Aet Bdeux évènements indépendants. Démontrer que
Aet Bsont indépendants.
Partie II
Pour chacune des question suivantes, une et une seule des
quatre propositions est exacte.
Le candidat indiquera sur sa copie le numéro de la question
et la lettre correspondant à la réponse choisie. Aucune justifi-
cation n’est demandée. Une réponse exacte rapporte 1 point.
Une réponse fausse enlève 0;5point. L’absence de réponse est
comptée 0 point. Si le total de cette partie est négatif, la note
correspondant à la partie II est ramenée à zéro.
1. Une urne comporte cinq boules noires et trois boules
rouges indiscernables au toucher. (hors programme
2012)
On extrait simultanément trois boules de l’urne. Quelle
est la probabilité d’obtenir deux boules noires et une
boule rouge ?
a. 75
512 b. 13 56 c. 15 64 d. 15 28
2. Au cours d’une épidémie de grippe, on vaccine le tiers
d’une population. Parmi les grippés, un sur dix est vac-
ciné. La probabilité qu’une personne choisie au hasard
dans la population soit grippée est 0;25
Quelle est la probabilité pour un individu vacciné de cette
population de contracter la grippe ?
a. 1
120 b. 3 40 c. 1 12 d. 4 40
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3. Un joueur lance une fois un dé bien équilibré.
Il gagne 10 esi le dé marque 1. Il gagne 1esi le dé
marque 2ou 4. Il ne gagne rien dans les autres cas. Soit
Xla variable aléatoire égale au gain du joueur.
Quelle est la variance de X?
a. 2b. 13 c. 16 d. 17
4. La durée d’attente T, en minutes, à un péage d’autoroute
avant le passage en caisse est une variable aléatoire qui
suit une loi exponentielle de paramètre –=1
6. On a donc
pour tout réel t>0:
P(T<t) = t
0
–·e−λxdx (avec –=1
6)
où tdésigne le temps exprimé en minutes.
Sachant qu’un automobiliste a déjà attendu 2 minutes,
quelle est la probabilité (arrondie à 10−4)que son temps
total soit inférieur à 5 minutes ?
a. 0;2819 b. 0;3935 c. 0;5654 d. 0;6065
Exercice 3164
Les parties A et B sont indépendantes
Alain fabrique, en amateur, des appareils électroniques. Il
achète pour cela, dans un magasin, des composants en appa-
rence tous identiques mais dont certains présentent un défaut.
On estime que la probabilité qu’un composant vendu dans le
magasin soit défectueux est égale à 0;02.
Partie A
On admet que le nombre de composants présentés dans le
magasin est suffisamment important pour que l’achat de 50
composants soit assimilé à 50 tirages indépendants avec re-
mise, et on appelle Xle nombre de composants défectueux
achetés. Alain achète 50 composants.
1. Quelle est la probabilité qu’exactement deux des com-
posants achetés soient défectueux ? Donner une valeur
approchée de cette probabilité à 10−1près.
2. Quelle est la probabilité qu’au moins un des composants
achetés soit défectueux ? Donner une valeur approchée
de cette probabilité à 10−2près.
3. Quel est, par lot de 50 composants achetés, le nombre
moyen de composants défectueux ?
Partie B
On suppose que la durée de vie T1(en heures) de chaque
composant défectueux suit une loi exponentielle de paramètre
–1=5×10−4et que la durée de vie T2(en heures) de chaque
composant non défectueux suit une loi exponentielle de pa-
ramètre –2= 10−4(on pourra se reporter au formulaire ci-
dessous)
1. Calculer la probabilité que la durée de vie d’un compo-
sant soit supérieure à 1 000 heures :
a. si ce composant est défectueux ;
b. si ce composant n’est pas défectueux. Donner une va-
leur approchée de ces probabilités à 10−2près.
2. Soit Tla durée de vie (en heures) d’un composant acheté
au hasard.
Démontrer que la probabilité que ce composant soit en-
core en état de marche après theures de fonctionnement
est :
P(T⩾t) = 0;02e−5×10−4t+ 0;98e−10−4t
(on rappelle que la probabilité qu’un composant vendu
dans le magasin soit défectueux est égale à 0;02)
3. Sachant que le composant acheté est encore en état de
fonctionner 1 000 heures après son installation, quelle est
la probabilité que ce composant soit défectueux ?
Donner une valeur approchée de cette probabilité à 10−2
près.
Formulaire : Loi exponentielle (ou de durée de vie sans
vieillissement) de paramètre –sur 0 ; +∞:
Pour 0⩽a⩽b,P[a;b]=b
a
–e−λxdx
Pour c⩾0,P[c; +∞[= 1 −c
0
–e−λxdx
4. Lois normales :
Exercice 5511
L’entreprise Fructidoux fabrique des comportes qu’elle condi-
tionne en petits pots de 50 grammes. Elle souhaite leur attri-
buer la dénomination “compote allégée”.
La législation impose alors que la teneur en sucre, c’est à dire
la proportion de sucre dans la compote, soit comprise entre
0;16 et 0;18. On dit dans ce cas que le petit pot de compote
est conforme.
L’entreprise possède deux chaînes de fabrication F1et F2.
Les parties Aet Bpeuvent être traitées indépendamment.
Partie A
La chaîne de production F2semble plus fiable que la chaîne
de production F1. Elle est cependant moins rapide.
Ainsi, dans la production totale, 70 % des petits pots pro-
viennent de la chaîne F1et 30 % de la chaîne F2.
La chaîne F1produit 5 % de compotes non conformes et la
chaîne F2en produit 1 %. On prélève au hasard un petit pot
dans la production totale. On considère les évènements :
E: “Le petit pot provient de la chaîne F2” ;
C: “Le petit pot est conforme”.
1. Construire un arbre pondéré sur lequel on indiquera les
données qui précèdent.
2. Calculer la probabilité de l’évènement : “le petit pot est
conforme et provient de la chaîne de production F1”.
3. Déterminer la probabilité de l’évènement C.
4. Déterminer, à 10−3près, la probabilité de l’évènement E
sachant que l’évènement Cest réalisé.
Partie B
1. On note Xla variable aléatoire qui, à un petit pot pris
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au hasard dans la production de la chaîne F1, associe sa
teneur en sucre.
On suppose que Xsui la loi normale d’espérance m1=
0;17 et d’écart-type ff1=0;006.
Dans la suite, on pourra utiliser le tableau ci-dessous :
¸ ˛ P¸⩽X⩽˛
0;13 0;15 0;0004
0;14 0;16 0;0478
0;15 0;17 0;4996
0;16 0;18 0;9044
0;17 0;19 0;4996
0;18 0;20 0;0478
0;19 0;21 0;0004
Donner une valeur approchée à 10−4près de la probabi-
lité qu’un petit pot prélevé au hasard dans la production
de la chaîne F1soit conforme.
2. On note Yla variable aléatoire qui, à un petit pot pris
au hasard dans la prodution de la chaîne F2, associe sa
teneur en sucre.
On suppose que Ysuit une loi normale d’espérance
m2=0;17 et d’écart-type ff2.
On suppose de plus que la probabilité qu’un petit pot
prélevé au hasard dans la production de la chaîne F2
soit conforme est égale à 0;99.
Soit Zla variable aléatoire définie par Z=Y−m2
ff2
.
a. Quelle loi la variable aléatoire Zsuit-elle ?
b. Déterminer, en fonction de ff2l’intervalle auquel
appartient Zlorsque Yappartient à l’intervalle
0;16 ; 0;18.
c. En déduire une valeur approchée à 10−3près de ff2.
On pourra utiliser la tableau ci-dessous, dans lequel la
variable aléatoire Zsuit la loi normale d’espérance 0et
d’écart-type 1.
˛P−˛⩽Z⩽˛
2;4324 0;985
2;4573 0;986
2;4838 0;987
2;5121 0;988
2;5427 0;989
2;5758 0;990
2;6121 0;991
2;6521 0;992
2;6968 0;993
Exercice 6071
Partie A
Soient nun entier naturel, pun nombre réel compris entre 0
et 1, et Xnune variable aléatoire suivant une loi binomiale de
paramètres net p. On note Fn=Xn
net fla valeur prise par
fla valeur prise par Fn. On rappelle que, pour nasser grand,
l’intervalle p−1
√n;p+1 √ncontient la fréquence favec une
probabilité au moins égale à 0;95.
En déduire que l’intervalle f−1
√n;f+1 √ncontient pavec
une probabilité au moins égale à 0;95.
Partie B
On cherche à étudier le nombre d’étudiants connaissant la si-
gnification du sigle URSSAF. Pour cela, on les interroge en
proposant un questionnaire à choix multiples. Chaque étu-
diant doit choisir parmi les trois réponses possibles.
On note rla probabilité qu’un étudiant connaisse la bonne
réponse. Tout étudiant connaissant la bonne réponse répond
A, sinon il répond au hasard (de façon équiprobable).
1. On interroge un étudiant au hasard. On note :
A: “l’étudiant répond A” ;
B: “l’étudiant répond B” ;
C: “l’étudiant répond C” ;
R: “l’étudiant connaît la réponse” ;
R: l’évènement contraire de R.
a. Traduire cette situation à l’aide d’un arbre de proba-
bilité.
b. Montrer que la probabilité de l’évènement Aest :
PA=1
3·1+2·r.
c. Exprimer en fonction de rla probabilité qu’une per-
sonne ayant choisie Aconnaisse la bonne réponse.
2. Pour estimer r, on interroge 400 personnes et on note
Xla variable aléatoire comptant le nombre de bonnes
résponses. On admettra qu’interroger au hasard 400 étu-
diant revient à effectuer un tirage avec remise de 400
étudiants dans l’ensemble de tous les étudiants.
a. Donner la loi de Xet ses paramètres net pen fonction
de r.
b. Dans un premier sondage, on contaste que 240 étu-
diants répondent A, parmi les 400 interrogés.
Donner un intervalle de confiance au seuil de 95 % de
l’estimation de p.
En déduire un intervalle de confiance au seuil de 95 %
de r.
c. Dans la suite, on suppose que r=0;4. Compte-tenu du
grand nombre d’étudiants, on considérera que Xsuit
une loi normale.
Donner les paramètres de cette loi normale.
Donner une valeur approchée de PX⩽250à10−2
près.
On pourra s’aider de la tableau en annexe 1, qui
donne une valeur approchée de PX⩽toù Xest la
variable aléatoire de la question 2. b. .
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1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
A B C D E F G H I J K
0,0 00,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
235 0,305 0,309 0,312 0,316 0,319 0,323 0,327 0,33 0,334 0,338
236 0,342 0,345 0,349 0,353 0,357 0,36 0,364 0,368 0,372 0,376
237 0,38 0,384 0,388 0,391 0,395 0,399 0,403 0,407 0,411 0,415
238 0,419 0,423 0,427 0,431 0,435 0,439 0,443 0,447 0,451 0,455
239 0,459 0,463 0,467 0,472 0,476 0,48 0,484 0,488 0,492 0,496
240 0,5 0,504 0,508 0,512 0,516 0,52 0,524 0,528 0,533 0,537
241 0,541 0,545 0,549 0,553 0,557 0,561 0,565 0,569 0,573 0,577
242 0,581 0,585 0,589 0,593 0,597 0,601 0,605 0,609 0,612 0,616
243 0,62 0,624 0,628 0,632 0,636 0,64 0,643 0,647 0,651 0,655
244 0,658 0,662 0,666 0,67 0,673 0,677 0,681 0,684 0,688 0,691
245 0,695 0,699 0,702 0,706 0,709 0,713 0,716 0,72 0,723 0,726
246 0,73 0,733 0,737 0,74 0,743 0,746 0,75 0,753 0,756 0,759
247 0,763 0,766 0,769 0,772 0,775 0,778 0,781 0,784 0,787 0,79
248 0,793 0,796 0,799 0,802 0,804 0,807 0,81 0,813 0,815 0,818
249 0,821 0,823 0,826 0,829 0,831 0,834 0,836 0,839 0,841 0,844
250 0,846 0,849 0,851 0,853 0,856 0,858 0,86 0,863 0,865 0,867
251 0,869 0,871 0,874 0,876 0,878 0,88 0,882 0,884 0,886 0,888
252 0,89 0,892 0,893 0,895 0,897 0,899 0,901 0,903 0,904 0,906
253 0,908 0,909 0,911 0,913 0,914 0,916 0,917 0,919 0,921 0,922
254 0,923 0,925 0,926 0,928 0,929 0,931 0,932 0,933 0,935 0,936
255 0,937 0,938 0,94 0,941 0,942 0,943 0,944 0,945 0,947 0,948
256 0,949 0,95 0,951 0,952 0,953 0,954 0,955 0,956 0,957 0,958
257 0,959 0,96 0,96 0,961 0,962 0,963 0,964 0,965 0,965 0,966
258 0,967 0,968 0,968 0,969 0,97 0,97 0,971 0,972 0,972 0,973
259 0,974 0,974 0,975 0,976 0,976 0,977 0,977 0,978 0,978 0,979
260 0,979 0,98 0,98 0,981 0,981 0,982 0,982 0,983 0,983 0,984
C3=LOI.NORMALE($A12+E$1;240;RACINE(96);VRAI)
Exrtait d’une feuille de calcul
Exemple d’utilisation : au croisement de la ligne 12 et de la
colonne Ele nombre 0;706 correspond à PX⩽245;3
Exercice 6073
Une entreprise industrielle fabrique des pièces cylindriques en
grande quantité. Pour toute pièce prélevée au hasard, on ap-
pelle Xla variable aléatoire qui lui associe sa longueur en
millimètre et Yla variable aléatoire qui lui associe son dia-
mètre en millimètre.
On suppose que Xsuit une loi normale de moyenne —1=36 et
d’écart-type ff1=0;2et que Ysuit la loi normale de moyenne
—2=6 et d’écart-type ff2= 0;05.
1. Une pièce est dite conforme pour la longueur si sa lon-
gueur est comprise entre —1−3ff1et —1+3ff1. Quelle est
une valeur approchée à 10−3près de la probabilité p1
pour qu’une pièce prélevée au hasard soit conforme pour
la longueur ?
2. Une pièce est dite conforme pour le diamètre si son dia-
mètre est compris entre 5;88 mm et 6;12 mm. Le tableau
donné ci-contre a été obtenu à l’aide d’un tableur. Il in-
dique pour chacune des valeurs de k, la probabilité que
Ysoit inférieure ou égal à cette valeur.
kPY⩽k
5;8 3;16712E-05
5;82 0;000159109
5;84 0;000687138
5;86 0;00255513
5;88 0;008197536
5;9 0;022750132
5;92 0;054799292
kPY⩽k
5;94 0;11506967
5;96 0;211855399
5;98 0;344578258
6 0;5
6;02 0;655421742
6;04 0;788144601
6;06 0;88493033
kPY⩽k
6;08 0;945200708
6;1 0;977249868
6;12 0;991802464
6;14 0;99744487
6;16 0;999312862
6;18 0;999840891
6;2 0;999968329
Déterminer à 10−3près la probabilité p2pour qu’une
pièce prélevée au hasard soit conforme pour le diamètre
(on pourra s’aider du tableau ci-contre).
3. On prélève une pièce au hasard. On appelle Ll’évène-
ment “la pièce est conforme pour la longueur” et Dl’évè-
nement “la pièce est conforme pour le diamètre”.
On suppose que les évènements Let Dsont indépen-
dants.
a. Une pièce est acceptée si elle est conforme pour la lon-
gueur et pour le diamètre.
Déterminer la probabilité pour qu’une pièce prélevée
au hasard ne soit pas acceptée (le résultat sera arrondi
à10−2).
b. Justifier que la probabilité qu’elle soit conforme pour
le diamètre sachant qu’elle n’est pas conforme pour la
longueur, est égale à p2.
5. Lois normales et intervalle de confiances :
Exercice 6422
En prévision d’une élection entre deux candidats Aet B, un
institut de sondage recueille les intentions de vote de futurs
électeurs.
Parmi les 1200 personnes qui ont répondu au sondage, 47 %
affirment vouloir voter pour le candidat Aet les autres pour
le candidat B.
Compte-tenu du profil des candidats, l’institut de sondage es-
time que 10 % des personnes déclarant vouloir voter pour le
candidat Ane disent pas la vérité et votent en réalité pour le
candidat B, tandis que 20 % des personnes déclarant vouloir
voter pour le candidat Bne disent pas la vérité et votent en
réalité pour le candidat A.
On choisit au hasard une personne ayant répondu au sondage
et on note :
Al’évènement “la personne interrogée affirme vouloir vo-
ter pour le candidat A” ;
Bl’évènement “la personne interrogée affirme vouloir vo-
ter pour le candidat B” ;
Vl’évènement “la personne interrogée dit la véritée”.
1. Construire un arbre de probabilités traduisant la situa-
tion.
2. a. Calculer la probabilité que la personne interrogée
dise la vérité.
b. Sachant que la personne interrogée dit la vérité, calcu-
ler la probabilité qu’elle affirme vouloir voter pour le
candidat A.
3. Démontrer que la probabilité que la personne choisie vote
effectivement pour le candidat Aest 0;529.
4. L’institut de sondage publie alors les résultats suivants :
52;9 % des électeurs∗voteraient pour le candidat A.
∗estimation arpès redressement, fondée sur un sondage
d’un échantillon représentatif de 1200 personnes
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