Exercice 5 (EXERCICE NO17 DE LA LISTE TD2).Émilie et Denis jouent aux dés. On
note (Ω,A,P)l’espace probabilisé sous-jacent.
1. Le jeu est le suivant. Émilie commence la partie et lance son dé. Elle gagne si
Denis obtient, en lançant à son tour le dé, un nombre plus petit ou égal au sien.
Déterminer la probabilité pque Emilie gagne cette partie.
Le jeu consiste à observer le résultat de deux lancers consécutifs du dé, le pre-
mier par Émilie, le second par Denis. L’espace d’états (fini) est Ω=(N∗
6)2, muni
de la σ-algèbre A=P(Ω). Comme on suppose le dé non biaisé et les deux lan-
cers P-indépendants, Aest munie de la probabilité uniforme notée P.
Notons El’événement : «Émilie gagne la partie ». Ainsi, E={ω∈Ω|ω2Éω1} et
#E=P1ÉjÉ6j=1
26.7. D’où : P(E)=1
62#E=7
12 =p.
2. Émilie et Denis font plusieurs parties de ce type de la manière suivante. Émilie
commence la première partie. Si elle gagne, elle commence la deuxième partie ;
sinon, c’est Denis. Et ainsi de suite : le joueur qui gagne une partie donnée
commence la partie suivante. Pour tout n∈N∗, on désigne par Enl’événement
«Émilie gagne la nepartie »et l’on note un=P(En).
(a) Calculer u1.Par définition, u1=p.
(b) Montrer que la suite (un)n∈N∗vérifie la relation de récurrence :
∀n∈N∗un=(2p−1)un−1+1−p.
Conditionnellement à En−1, Émilie joue la première la nepartie de sorte
que P(En|En−1)=p. Conditionnellement à Ec
n−1, Émilie joue après De-
nis la nepartie de sorte que P(En|Ec
n−1)=1−p. Comme P(En)=P(En|
En−1)P(En−1)+P(En|Ec
n−1)P(Ec
n−1), on obtient :
un=pun−1+(1−p)(1−un−1) soit, un=(2p−1)un−1+1−p.
(c) Chercher a∈Rtelle que la suite de terme général un−adéfinisse une suite
géométrique.
On suppose désormais que p<1. Soit a∈R. Comme, pour tout n∈N∗,
(un−a)=(2p−1)(un−1−a)+1−p−a+(2p−1)a, la suite de terme général
un−aest une suite géométrique si et seulement si 1−p−a+(2p−1)a=0.
Comme p<1, cela impose que a=1
2.
(d) En déduire pour tout n∈N∗l’expression de unen fonction de pet de n.
Comment se comporte unquand ntend vers +∞ ? Commenter.
Comme la suite ¡un−1
2¢n∈Nest géométrique de raison 2p−1=1
6,
∀n∈N∗un−1
2=¡1
6¢n−1(u1−1
2)=1
12 ¡1
6¢n−1
Il en résulte que untend vers 1
2en +∞.
Exercice 6 (EXERCICE NO18 DE LA LISTE TD2 : INDÉPENDANCE REVISITÉE).
1. Soit Ωun espace fondamental. On rappelle que, pour tout ensemble Fde
parties de Ω(F⊆P(Ω)), il existe une et une seule σ-algèbre sur Ωcontenant
F, minimale pour l’inclusion, la σ-algèbre engendrée par Fnotée σ(F).
Soit A∈P(Ω). Prouver que σ({A}) ={;,A,Ω\A,Ω}.
Soit F⊆P(Ω) une σ-algèbre telle que A∈F. Nécessairement, Ω\A∈F,Ω∈F
et ; ∈ F, i.e. F⊇F0={;,A,Ω\A,Ω}. On note A+=Aet A−=Ω\A=Ac.
Ω∈F0et F0est clairement stable par passage au complémentaire.
Montrons que F0est stable par réunion dénombrable. Soit (Ak)k∈N∈FN
0. No-
tons A∞= ∪k∈NAket
K0={k∈N|Ak=Ω}K+={k∈N|Ak=A+} et K−={k∈N|Ak=A−}.
Si K06= ;,A∞=Ω∈F0. Sinon, K0= ;.Si K+et K−sont tous deux non vides, il
existe i∈K+et j∈K−de sorte que Ak=A,Aj=Ac,Ak∪Aj=Ωet A∞=Ω.
Sinon, ou K+= ; ou K−= ;. Notons ε∈{−,+} tel que Kε= ;. Alors, Ak∈{;,A−ε}
pour tout k∈Net A∞∈{;,A−ε}. Dans tous les cas, A∞∈F0.
F0est donc une σ-algèbre sur Ωdonc plus petite σ-algèbre contenant A:F0est
la σ-algèbre engendrée par {A}.
2. Soient (Ω,A,P)un espace probabilisé et (A,B)∈A2.
(a) Quand dit-on que Aet Bsont P-indépendants ?
Aet Bsont P-indépendants ssi P(A∩B)=P(A)P(B).
(b) Prouver l’équivalence des deux assertions suivantes :
i) Aet Bsont P-indépendants
ii) pour tout (C,D)∈σ({A}) ×σ({B}),Cet Dsont P-indépendants.
Comme A∈σ({A}) et B∈σ({B}), il est clair que ii) entraîne i). Pour prouver que
i) entraîne ii), nous montrons le résultat simple suivant : si Cet Dsont deux
événements P-indépendants, Cet Dc=Ω\Dle sont aussi. En effet,
C=C∩Ω=C∩¡D∪Dc¢=(C∩D)∪(C∩Dc), de sorte que
P(C)=P(C∩D)+P(C∩Dc)
et P(C∩Dc)=P(C)−P(C∩D)=P(C)−P(C)P(D)=P(C)(1−P(D)) =P(C)P(Dc).
Supposons i). Alors Aet Bcsont P-indépendants, ainsi que Bet Acpar symétrie.
Puis, en appliquant le résultat ci-dessus au couple (Bc,A), Bcet Acle sont aussi.
Le résultat est ainsi prouvé pour tout couple (C,D)∈{A,Ac}×{B,Bc}.
Si Cou Dest Ωou ;, on sait que Cet Dsont P-indépendants.
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