Université de Picardie Jules Verne Année 2005-2006
Faculté de Mathématiques et d’Informatique
Licence mention Mathématiques -Deuxième année -Semestre 4
Probabilités élémentaires
Corrigé du devoir 2
Exercice 1 -Histoire de QCM Partie I
1) a) On suppose construit un espace probabilisé ,A,Padapté à l’expérience étudiée.
Il est clair que Nest à valeurs dans Nn,−p, et que PNn1
3et PN−p2
3.
b) On a ENnPNn−pPN−pn−2p
3.Ainsi,EN0sietseulementsin2p.
2) On peut considérer que le candidat répète n4 fois la même expérience "répondre au hasard à une
question" au cours de laquelle l’événement A"répondre correctement" a la probabilité p1
3de se réaliser.
Ainsi, la variable aléatoire Xégale au nombre de réponse correctes, c’est-à-dire au nombre de réalisations de
A, suit la loi Binomiale Bn,pB4, 1
3.
On a alors PX3C4
31
3
32
3
1≃0,0988.
Partie II
1) Réponse 3 : 110. En effet, il y a C10
3120 paquets différents, dont C5
310 paquets ne contenant que
des jetons ayant un numéro impair, et donc 120 −10 110 paquets contenant au moins un jeton ayant un
numéro pair.
2) Réponse 2 : 0,25. En effet,
0,65 1−PABPABPAPB−PA∩B0,9 −PA∩B,d’oùPA∩B0,25.
3) Réponse 1 : 2
3.Eneffet,PB/APABPB∩A
PA, et donc PAPB∩A
PAB
1
6
1
4
2
3.
4) Réponse 2 : 3
2.Eneffet,EX∑xipi2, EX2∑xi
2pi11
2,
VarXEX2−EX23
2, et donc XVarX3
2.
Exercice 2 -Problème de pannes (première partie)
Première partie :cas discret.
A.Loidesurvieetcoefficientd’avarie.
1) Pour tout entier naturel nnon nul, on a Tn−1TnTn, cette réunion étant disjointe,
donc PTn−1PTnPTn,etPTnPTn−1−PTnDn−1−Dn.
Comme nP T n/Tn−1PTn∩Tn−1
PTn−1PTn
PTn−1,onendéduitque
nDn−1−Dn
Dn−1.
3
2) On suppose que pest un réel de l’intervalle 0,1et que Tsuit la loi géométrique de paramètre p.
a) Rappelons le résultat suivant :
pour tout réel xde −1,1,∑
n1
nxn−1∑
n1
xn′∑
n1
xn
′
x
1−x
′1
1−x2.
Comme 1 −pest dans 0,1⊂−1,1,ona
ET∑
n1
nPTn∑
n1
np1−pn−1p∑
n1
n1−pn−1p1
1−1−p21
p.
b) Pour tout entier naturel n,ona
DnPTnP
kn1
Tk∑
kn1
p1−pk−1p1−pn1
1−1−p1−pn
c) De 1) et 2)b), on déduit que pour tout entier naturel nnon nul,
nDn−1−Dn
Dn−11−pn−1−1−pn
1−pn−11−pn−11−1−p
1−pn−1p.
3) Réciproquement, on suppose dans cette question qu’il existe un réel strictement positif tel que pour
tout entier naturel nnon nul, n.
a) De 1), on déduit que pour tout entier naturel nnon nul,
nDn−1−Dn
Dn−1, et donc Dn−1Dn−1−Dn, c’est-à-dire Dn1−Dn−1.
b) Ainsi, la suite Dn est géométrique, de raison r1−, et de premier terme
D0PT01. On en déduit que pour tout entier naturel n,
DnD0rn11−n1−n.
c) De 1) on déduit alors que pour tout entier naturel nnon nul,
PTnDn−1−Dn1−n−1−1−n1−n−11−1− 1−n−1, c’est-à-dire
que Tsuit la loi géométrique de paramètre .
B.Nombre moyen de pannes successives dans un cas particulier.
1) a) On a ET1PT12PT2p21−p2−p.
b) Remarquons d’abord pour tout entier naturel nnon nul,
rnERn0PRn01PRn1PRn1.Ainsi,Rnsuit la loi de Bernoulli de paramètre rn.
On a ainsi r1PR11p, probabilité que le composant tombe en panne à l’instant 1, et donc qit
une durée de vie de 1.
De plus, utilisant la formule des probabilités complètes avec le système complet d’événements (de
probabilité non nulle) R10,R11,ona
r2PR21PR10P R21/R10PR11P R21/R11 .
Or PR21/R101, car sachant que le composant ne tombe pas en panne à l’instant 1, il tombe en
panne à l’instant 2 de façon certaine car la durée de vie d’un composant est 1 ou 2 ; de façon analogue
PR21/R11p, car sachant que le composant tombe en panne à l’instant 1, il est instantanément
remplacé et la probabilité que ce nouveau composant tombe en panne à l’instant 2 est égale à la probabilité
que sa durée de vie soit 1.
On en déduit que r21−p1ppp2−p1.
2) Soit nun entier naturel non nul.
a) Utilisant la formule des probabilités complètes avec le système complet d’événements (de probabilité
non nulle) Rn10,Rn11,ona
PRn21PRn10P Rn21/Rn10PRn11P Rn21/Rn11
1−PRn11 1PRn11pp−1PRn111.
De façon analogue, on obtient PRn11p−1PRn11. On en déduit que
PRn21pPRn11−PRn111pPRn11−p−1PRn111
pPRn111−pPRn1.
b) On a déjà remarqué que pour tout entier naturel nnon nul, rnPRn1. On en déduit donc que
rn2prn11−prn.
4
3) a) La suite rnn≥1est donc récurrente linéaire d’ordre 2.
L’équation caractéristique associée est ECr2−pr p−10, équation polynomiale de degré 2.
Le discriminant du polynome r2−pr p−1estΔ−p2−41p−1p2−4p4p−220,
donc ECadmet les deux solutions réelles r1p−p−22
21p−|p−2|
21pp−2
2p−1et
r2pp−22
21p|p−2|
21p2−p
21.
Ainsi, il existe deux constantes Aet Btelles que pour tout entier naturel nnon nul,
rnAp−1nB1nBAp−1n.
D’après 1)b), on a r1BAp−1pet r2BAp−12p2−p1. En calculant r2−r1,
on trouve Ap−1p−2p2−2p1p−12,d’oùAp−1
p−2.Der1on déduit alors B1
2−p.
Ainsi, pour tout entier naturel nnon nul, rn1
2−pAp−1n1
2−pp−1
p−2p−1n
b) Comme pvérifie 0 p1, on a −1p−10 et donc n→
lim p−1n0. On en déduit que
n→
lim rn1
2−p1
ET.
4) Soit nun entier naturel non nul.
A chaque instant icompris entre 1 et n, la variable aléatoire Riindique s’il y a une panne (Ri1) ou
pas (Ri0). Il est donc clair que le nombre de pannes survenues jusqu’à l’instant ninclus est donné par
Un∑
i1
nRi.
On en déduit que EUnE∑
i1
nRi∑
i1
nERi(par linéarité de l’espérance mathématique).
Ainsi, on a EUn∑
i1
nri∑
i1
n1
2−pp−1
p−2p−1in
2−pp−1
p−2p−11−p−1n
1−p−1
et donc EUnn
2−p−p−12
2−p21−p−1n.
Comme n→
lim p−1n0, on a n→
lim p−12
2−p21−p−1np−12
2−p2.Deplus,n→
lim n
2−p.
On en déduit que EUn
n
2−p.
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