1. Vocabulaire des probabilités
Expérience aléatoire, issue et univers
- Une expérience aléatoire possède plusieurs résultats possibles et son résultat ne peut pas être prévu avec certitude.
- Une issue est un résultat possible.
- L’univers, noté Ω, est l’ensemble de toutes les issues.
Pour un lancer de dé à six faces : Ω = {1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6}.
Événements
Un événement est une partie de l’univers. L’événement A : « obtenir un nombre pair » s’écrit A = {2 ; 4 ; 6}.
- un événement élémentaire contient une seule issue ;
- l’événement impossible est ∅ ;
- l’événement certain est Ω.
2. Opérations sur les événements
Événement contraire
L’événement contraire de A, noté A, contient les issues de Ω qui n’appartiennent pas à A.
Si A = {2 ; 4 ; 6}, alors A = {1 ; 3 ; 5}.
Réunion et intersection
- A ∪ B signifie « A ou B », éventuellement les deux ;
- A ∩ B signifie « A et B ».
Avec A = {2 ; 4 ; 6} et B = {4 ; 5 ; 6} : A ∪ B = {2 ; 4 ; 5 ; 6} et A ∩ B = {4 ; 6}.
Si A ∩ B = ∅, les événements sont incompatibles.
Traduction : « ou » correspond à ∪ ; « et » correspond à ∩.
3. Loi de probabilité sur un univers fini
Propriétés
- 0 ≤ P(A) ≤ 1 ;
- P(∅) = 0 et P(Ω) = 1 ;
- la somme des probabilités des issues vaut 1 ;
- P(A) est la somme des probabilités des issues de A.
L’ensemble des probabilités attribuées aux issues constitue une loi de probabilité.
Exemple - Loi non équiprobable
| Issue | a | b | c | Total |
|---|---|---|---|---|
| Probabilité | 0,20 | 0,35 | 0,45 | 1 |
Pour E = {a ; c} : P(E) = 0,20 + 0,45 = 0,65.
4. Équiprobabilité
Définition et formule
Il y a équiprobabilité lorsque toutes les issues ont la même probabilité.
Cette formule s’utilise uniquement lorsque l’équiprobabilité est justifiée.
Exemple
Pour un dé équilibré, si A est « obtenir un nombre pair », alors P(A) = 3/6 = 1/2.
Modéliser : dire qu’un dé est équilibré ou qu’un tirage est effectué au hasard permet de choisir un modèle d’équiprobabilité. Ce choix est une hypothèse.
5. Calculer avec des événements
Événement contraire
Si P(A) = 0,35, alors P(A) = 0,65.
Réunion de deux événements
On retire l’intersection, comptée deux fois. Si A et B sont incompatibles, P(A ∪ B) = P(A) + P(B).
Exemple
Si P(A) = 1/2, P(B) = 1/2 et P(A ∩ B) = 1/3, alors P(A ∪ B) = 1/2 + 1/2 - 1/3 = 2/3.
6. Fréquences et probabilité
Version vulgarisée de la loi des grands nombres
Lorsqu’une expérience est répétée un grand nombre de fois dans les mêmes conditions, la fréquence observée d’un événement est généralement proche de sa probabilité.
Une simulation sur calculatrice, tableur ou Python permet d’observer cette stabilisation, mais la fréquence expérimentale reste une approximation.
7. Probabilité conditionnelle
Définition
Pour P(A) ≠ 0, la probabilité de B sachant A, notée PA(B), est :
On limite l’univers aux situations où A est réalisé.
Exemple - Tableau croisé d’effectifs
On choisit au hasard un élève parmi 200 élèves.
| En retard R | À l’heure R | Total | |
|---|---|---|---|
| Prend le bus B | 20 | 60 | 80 |
| Ne prend pas le bus B | 10 | 110 | 120 |
| Total | 30 | 170 | 200 |
PB(R) = 20/80 = 0,25 : parmi les élèves prenant le bus, 25 % sont en retard.
PR(B) = 20/30 = 2/3 : parmi les élèves en retard, deux tiers prennent le bus.
Attention au sens : PA(B) et PB(A) répondent à deux questions différentes.
8. Arbres pondérés
Règles de lecture
- les probabilités des branches issues d’un même nœud ont pour somme 1 ;
- une probabilité sur une seconde branche est conditionnelle ;
- la probabilité d’un chemin est le produit des probabilités de ses branches.
Exemple : moyen de transport et retard
Dans un lycée, 60 % des élèves viennent en bus. Parmi ceux qui prennent le bus, 30 % sont en retard. Parmi les autres élèves, 10 % sont en retard.
On note B : « l'élève prend le bus » et R : « l'élève est en retard ».
Par exemple, le chemin B → R correspond à « prendre le bus et être en retard » :
P(B ∩ R) = P(B) × PB(R) = 0,60 × 0,30 = 0,18.
La probabilité qu'un élève soit en retard est la somme des deux chemins qui aboutissent à R :
P(R) = 0,60 × 0,30 + 0,40 × 0,10 = 0,22.
9. Erreurs fréquentes
- supposer une équiprobabilité sans la justifier ;
- confondre « et » avec « ou » ;
- oublier de retirer l’intersection dans la formule de la réunion ;
- confondre P(A ∩ B), PA(B) et PB(A) ;
- additionner les probabilités le long d’un chemin ;
- donner une probabilité hors de l’intervalle [0 ; 1].
Exercices d’entraînement
Exercice 1 - Univers et événements
On lance un dé équilibré. On note A : « obtenir un multiple de 2 » et B : « obtenir un nombre supérieur ou égal à 4 ».
- Écrire Ω, A, B et A.
- Déterminer A ∩ B et A ∪ B.
- Calculer leurs probabilités.
Afficher la correction
- Le dé comporte six faces : Ω = {1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6}. On a A = {2 ; 4 ; 6}, B = {4 ; 5 ; 6} et l’événement contraire de A = {1 ; 3 ; 5}.
- L’intersection contient les issues communes : A ∩ B = {4 ; 6}. La réunion rassemble les issues appartenant à au moins un des deux événements : A ∪ B = {2 ; 4 ; 5 ; 6}.
- Le dé est équilibré : les six issues sont équiprobables. Donc P(A ∩ B) = 2/6 = 1/3 et P(A ∪ B) = 4/6 = 2/3. On a aussi P(A) = P(B) = 3/6 = 1/2 et P(événement contraire de A) = 1/2.
Exercice 2 - Loi de probabilité
Une roue donne les gains 0 €, 2 € ou 5 € avec les probabilités 0,50 ; 0,35 et 0,15.
- Vérifier qu’il s’agit d’une loi de probabilité.
- Calculer la probabilité de gagner au moins 2 €.
Afficher la correction
- Chaque probabilité est comprise entre 0 et 1 et leur somme vaut 0,50 + 0,35 + 0,15 = 1. Il s’agit donc d’une loi de probabilité.
- « Gagner au moins 2 € » signifie gagner 2 € ou 5 €. Ces issues sont distinctes : P(gain ≥ 2 €) = 0,35 + 0,15 = 0,50, soit 50 %. On retrouve 1 − P(gain = 0 €) = 1 − 0,50 = 0,50.
Exercice 3 - Réunion et contraire
On sait que P(A) = 0,55, P(B) = 0,40 et P(A ∩ B) = 0,20.
- Calculer P(A).
- Calculer P(A ∪ B).
Afficher la correction
- La probabilité de l’événement contraire est 1 − P(A) = 1 − 0,55 = 0,45.
- On utilise la formule de la réunion : P(A ∪ B) = 0,55 + 0,40 − 0,20 = 0,75. On soustrait l’intersection pour éviter de compter deux fois les situations où A et B se réalisent simultanément.
Exercice 4 - Tableau croisé
Reprendre le tableau des 200 élèves.
- Calculer P(B), P(R) et P(B ∩ R).
- Calculer PB(R) et PR(B).
- Interpréter les résultats.
Afficher la correction
- Chaque élève a la même probabilité d’être choisi. On rapporte les effectifs au total de 200 élèves : P(B) = 80/200 = 0,40, P(R) = 30/200 = 0,15 et P(B ∩ R) = 20/200 = 0,10.
- Parmi les 80 élèves prenant le bus, 20 sont en retard : PB(R) = 20/80 = 0,25. Parmi les 30 élèves en retard, 20 prennent le bus : PR(B) = 20/30 = 2/3 ≈ 0,667.
- Sur l’ensemble des élèves, 40 % prennent le bus, 15 % sont en retard et 10 % cumulent ces deux caractéristiques. Parmi ceux qui prennent le bus, 25 % sont en retard ; parmi ceux qui sont en retard, environ 66,7 % prennent le bus. Les deux probabilités conditionnelles utilisent des populations de référence différentes.
Exercice 5 - Arbre pondéré
Dans une entreprise, 70 % des salariés travaillent sur site. Parmi eux, 20 % utilisent le vélo.
- Commencer un arbre avec S : « travailler sur site » et V : « utiliser le vélo ».
- Calculer P(S ∩ V).
- Interpréter le résultat.
Afficher la correction
- Au premier niveau de l’arbre, on place S avec la probabilité 0,70 et son contraire avec la probabilité 0,30. À partir de S, on place V avec PS(V) = 0,20 et son contraire avec 0,80. L’énoncé ne donne pas la probabilité d’utiliser le vélo parmi les salariés ne travaillant pas sur site : les poids correspondants restent inconnus.
- On multiplie les probabilités le long du chemin S puis V : P(S ∩ V) = P(S) × PS(V) = 0,70 × 0,20 = 0,14.
- 14 % de l’ensemble des salariés travaillent sur site et utilisent le vélo. Il s’agit d’une intersection. Les données ne permettent pas, sans information supplémentaire, de calculer P(V) pour l’ensemble des salariés.
Exercice 6 - Simulation
Simuler 100, puis 1 000 lancers d’une pièce équilibrée avec un tableur, une calculatrice ou Python. Comparer la fréquence de « pile » à la probabilité théorique 0,5.
Afficher la correction
Voici une simulation Python : 1 représente pile et 0 représente face. La fonction doit être appelée avec un entier n strictement positif.
from random import randint
def frequence_pile(n):
compteur = 0
for _ in range(n):
if randint(0, 1) == 1:
compteur = compteur + 1
return compteur / n
for n in (100, 1000):
frequence = frequence_pile(n)
ecart = abs(frequence - 0.5)
print(n, frequence, ecart)Chaque appel simule un nouvel échantillon. La fonction renvoie le nombre de piles divisé par le nombre de lancers. Le programme affiche la taille, la fréquence obtenue et l’écart à 0,5.
Les valeurs numériques varient à chaque exécution. Pour 1 000 lancers, la fréquence est généralement plus proche de 0,5 que pour 100 lancers, mais ce n’est pas garanti pour deux échantillons particuliers. Une fréquence différente de 0,5 n’invalide pas le modèle de la pièce équilibrée. Répéter les simulations permet de mieux observer la stabilisation.
Vidéo
Ajoutez ici votre vidéo sur les événements, les probabilités conditionnelles et les arbres pondérés.
À retenir
Définis d’abord clairement l’univers et les événements avant de calculer.
P(A) = 1 - P(A) et P(A ∪ B) = P(A) + P(B) - P(A ∩ B).
PA(B) = P(A ∩ B)/P(A) et, dans un arbre, les probabilités d’un chemin se multiplient.