Loi binomiale

Loi binomiale
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. Euclide d’Alexandrie
Index
I- Activité du livre: La loi du nombre de succès ..................................................................................................... 1
A/ Une expérience aléatoire élémentaire. ........................................................................................................... 1
Vers la définition d'une épreuve de Bernoulli ............................................................................................... 1
B/ Quatre répétitions ........................................................................................................................................... 2
Un schéma de Bernoulli. ................................................................................................................................ 2
Notation du nombre de chemins, les coefficients binomiaux. (Combinaisons) ............................................. 4
C/ Cinq répétitions .............................................................................................................................................. 4
Une propriété des coefficients binomiaux ..................................................................................................... 4
D/ Dix répétitions ............................................................................................................................................... 4
Propriété des coefficients binomiaux: ............................................................................................................ 5
Triangle de Pascal. ......................................................................................................................................... 5
II- Loi binomiale ..................................................................................................................................................... 6
III- Échantillon, simulation, intervalle de fluctuation (Rappel de seconde) ............................................................ 6
Échantillon .......................................................................................................................................................... 6
Simulation ........................................................................................................................................................... 7
Intervalle de fluctuation ...................................................................................................................................... 7
IV- Loi binomiale et prise de décision. ................................................................................................................... 7
Le problème : ...................................................................................................................................................... 7
Comprendre : Les risques de se tromper ............................................................................................................ 8
Intervalle de fluctuation à 95 % .......................................................................................................................... 8
Définition : Intervalle de fluctuation au seuil de 95% ................................................................................... 8
Prise de décision ................................................................................................................................................. 8
Quelques exemples de représentation graphiques réalisées avec sinequanon ........................................ 10
L'exemple est celui de l'activité 1 page 226 du livre
I- Activité du livre: La loi du nombre de succès
A/ Une expérience aléatoire élémentaire.
Vers la définition d'une épreuve de Bernoulli
(Jacob Bernoulli : (1654-1705))
P(S) =
1
3
, d'où, P(E) = 1 –
1
3
=
2
3
Bilan : On considère une épreuve à deux issues (S et S ) ou (S et E ) (Comme Succès et Échec)
On pose P(S) = p et, par conséquent P(S) = 1 – p = q
Un telle épreuve à deux issues S et S est une épreuve de Bernoulli de paramètre p.
Remarques :
Ne pas confondre pour les calculs à venir : les événements (ensembles), les probabilités (nombres), et, lors de
répétition d'une épreuve l'étape à laquelle on réalise l'événement.
Par exemple, on jette le dé 1000 fois de suite et on s'intéresse à l'obtention du n°6.
S : " Obtenir le n°6 " est un événement lors d'un lancer.
S2 : " obtenir le n°6 au 2ème lancer " et S500 : " obtenir le n°6 au 500ème lancer " sont des événements distincts.
Si le dé est équilibré, on a : P(S)= P(S2 ) = P(S500 ) =
1
6
"La différence entre le mot juste et un mot presque juste est la même qu'entre l'éclair et la luciole." Mark Twain
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Loi binomiale
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. Euclide d’Alexandrie
On définit la variable aléatoire X prenant la valeur 1 si S est réalisé et prenant la valeur 0 sinon.
X est une variable de Bernoulli qui suit la loi de probabilité de Bernoulli de paramètre p.
k0 1
P(X = k) 1 – p p
L'espérance mathématique de X est E(X) = p.
La variance de X est : V(X) = p(1 – p) = pq
L'écart-type de X est (X) =
√
pq
B/ Quatre répétitions
Un schéma de Bernoulli.
1a)
"La différence entre le mot juste et un mot presque juste est la même qu'entre l'éclair et la luciole." Mark Twain
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S
p
S
1-p=q
Ω
S
1/3
S
1/3
S
1/3
S
1/3
S
2/3
S
2/3
S
1/3
S
2/3
S
2/3
S
1/3
S
1/3
S
2/3
S
2/3 S
1/3
S
2/3
S
2/3
S
1/3
S
1/3
S
1/3
S
2/3
S
2/3
S
1/3
S
2/3
S
2/3
S
1/3
S
1/3
S
2/3
S
2/3 S
1/3
S
2/3
Ω

Loi binomiale
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. Euclide d’Alexandrie
b) L'issue SSSS a pour probabilité
(
1
3
)
2
×
(
2
3
)
2
L'issue SSSS a pour probabilité
(
1
3
)
2
×
(
2
3
)
2
c) P(" Obtenir deux succès ") = P(SSSS) + P(SSSS) + P(SSSS) + P(SSSS ) + P(SSSS) + P(SSSS)
= 6×
(
1
3
)
2
×
(
2
3
)
2
2)
k0 1 2 3 4 Total
P(X = k)
(
2
3
)
4
4×
(
1
3
)
×
(
2
3
)
3
6×
(
1
3
)
2
×
(
2
3
)
2
4×
(
1
3
)
3
×
(
2
3
)
(
1
3
)
4
1
Bilan : On appelle schéma de Bernoulli une expérience aléatoire où on répète n épreuves de Bernoulli de
paramètre p identiques et indépendantes.
(C'est le fait d'avoir des épreuves identiques et indépendantes qui permet de ne pas avoir besoin d'indicer les
étapes …, ce serait nécessaire sinon.
par exemple, on suppose une personne qui tire 10 fois de suite aux fléchettes :
" tirer une fléchette dans la cible " est l'événement S.
On suppose que l'expérience permet un apprentissage et que la réussite est meilleure après les premiers tirs …
Il y répétition d'épreuves identiques mais elles ne sont pas indépendantes... Le modèle décrit ne s'applique pas)
On peut associer un arbre où un chemin est une liste de n éléments S et S.
Un chemin ayant k succès a donc n – k échecs.
(
S…S
⏞
k
S…S
⏞
n−k
)
On considère la variable aléatoire X prenant pour valeurs le nombre de succès lors de ces n répétitions.
X prend par conséquent n + 1 valeurs entières de 0 à n .
La probabilité d'un chemin ayant k succès et n – k échecs est pk×qn–k où q = 1 – p.
Pour déterminer la loi de probabilité de X, on est amené à compter le nombre de chemins ayant k succès et
n – k échecs.
"La différence entre le mot juste et un mot presque juste est la même qu'entre l'éclair et la luciole." Mark Twain
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Loi binomiale
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. Euclide d’Alexandrie
Notation du nombre de chemins, les coefficients binomiaux. (Combinaisons)
Le nombre de chemins donnant k succès et n – k échecs est noté
(
n
k
)
et se lit : k parmi n
Ces nombres
n
k
sont appelés coefficients binomiaux
D'après l'exemple :
(
4
0
)
= 1,
(
4
1
)
= 4,
(
4
2
)
= 6,
(
4
3
)
= 4,
(
4
4
)
= 1
Pour ceux qui veulent en savoir plus :
(
n
k
)
=
n(n−1)×…×(n−k+1)
k×…×1
C/ Cinq répétitions
Une propriété des coefficients binomiaux
1) On a un et un seul chemin pour l'événement (Y = 0) . P(Y = 0) =
(
2
3
)
5
On a un et un seul chemin pour l'événement (Y = 5) . p(Y = 5) =
(
1
3
)
5
2) a) La probabilité d'un chemin ayant deux succès (et donc trois échecs) est
(
1
3
)
2
×
(
2
3
)
3
b) Si un tel chemin se termine par S, on doit avoir avant un seul Succès lors des quatre premières répétitions.
On a en ce cas : 4 chemins. (Voir § B-2,
(
4
1
)
= 4)
Si un tel chemin se termine par S, on doit avoir avant deux Succès lors des quatre premières répétitions.
"La différence entre le mot juste et un mot presque juste est la même qu'entre l'éclair et la luciole." Mark Twain
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S
p
S
p
,,,,,,,,,,,,,,,,
S
p
S
1-p
S
1-p
,,,,,,,,,,,,,,,,
S
p
S
1-p
S
1-p
S
p
,,,,,,,,,,,,,,,,
S
p
S
1-p
S
1-p
,,,,,,,,,,,,,,,
S
p
S
1-p
Ω

Loi binomiale
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. Euclide d’Alexandrie
On a en ce cas : 6 chemins. (Voir § B-2,
(
4
2
)
= 6)
Finalement, on a 4 + 6 = 10 chemins donnant deux succès en cinq répétitions. (c-à-d :
(
5
2
)
=
(
4
2
)
+
(
4
1
)
).
c) P(Y = 2) =
10×
(
1
3
)
2
×
(
2
3
)
3
Bilan : Pour calculer le nombre de chemins
(
n+1
k
)
représentant k succès lors de n + 1 répétitions à partir du
nombre de chemins lors des n répétitions, on peut distinguer deux cas
- soit on a eu k succès, n – k échecs pour n répétitions et 1 échec supplémentaire,
- soit on a eu k – 1 succès, n – k + 1 échecs pour n répétitions et 1 succès supplémentaire.
On a donc :
(
n+1
k
)
=
(
n
k
)
+
(
n
k−1
)
Dans l'exemple :
(
5
2
)
⏟
2 succès parmi 5
=
(
4
2
)
⏟
2 succès parmi 4
1 échec supplémentaire
+
(
4
1
)
⏟
1 succès parmi 4
1 succès supplémentaire
D/ Dix répétitions
1) Z peut prendre toutes les valeurs entières de 0 à 10.
P(Z = 0) =
(
2
3
)
10
et P(Z = 10) =
(
1
3
)
10
2 a) Une issue contenant 4 succès et 6 échecs a pour probabilité :
(
1
3
)
4
×
(
2
3
)
6
quelque soit l'ordre des succès et
des échecs.
b) c) il faut connaître le nombre de chemins donnant 4 succès et 6 échecs pour déterminer P(Z = 4).
P(Z = 4) =
(
10
4
)
(
1
3
)
4
×
(
2
3
)
6
où
(
10
4
)
est le nombre de chemins.
d) Comme
(
10
4
)
= 210, P(Z = 4) ≈ 0,2276 à 10–4 près
Propriété des coefficients binomiaux:
On a n répétitions.
Pour tout n∈ℕ, et, pour tout k ∈ ℕ tel que k  n, on a :
(
n
0
)
= 1 (un seul chemin ayant 0 succès) et
(
n
n
)
= 1 (un seul chemin ayant n succès)
(
n
1
)
= n Il y a exactement n chemins avec un seul succès (donc n – 1 échecs)
"La différence entre le mot juste et un mot presque juste est la même qu'entre l'éclair et la luciole." Mark Twain
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